Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology ontwierpen een nieuw type moleculaire draad gedoteerd met organometaal ruthenium om een ​​ongekend hogere geleiding te bereiken dan eerdere moleculaire draden. De oorsprong van hoge geleiding in deze draden is fundamenteel verschillend van vergelijkbare moleculaire apparaten en suggereert een mogelijke strategie voor het ontwikkelen van sterk geleidende "gedoteerde" moleculaire draden.

Sinds hun conceptie, onderzoekers hebben geprobeerd elektronische apparaten te verkleinen tot ongekende afmetingen, zelfs tot het punt dat ze uit een paar moleculen worden gefabriceerd. Moleculaire draden behoren tot de bouwstenen van zulke minuscule constructies, en veel onderzoekers hebben strategieën ontwikkeld om sterk geleidende, stabiele draden van zorgvuldig ontworpen moleculen.

Een team van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology, waaronder Yuya Tanaka, ontwierp een nieuwe moleculaire draad in de vorm van een metalen elektrode-molecuul-metaalelektrode (MMM) junctie inclusief een polyyn, een organisch ketenachtig molecuul, "gedoteerd" met een op ruthenium gebaseerde eenheid Ru (dppe) ₂ . Het voorgestelde ontwerp, op de omslag van de Tijdschrift van de American Chemical Society , is gebaseerd op de engineering van de energieniveaus van de geleidende orbitalen van de atomen van de draad, gezien de kenmerken van gouden elektroden.

Met behulp van scanning tunneling microscopie, het team bevestigde dat de geleidbaarheid van deze moleculaire draden gelijk was aan of hoger was dan die van eerder gerapporteerde organische moleculaire draden, inclusief soortgelijke draden "gedoteerd" met ijzeren eenheden. Gemotiveerd door deze resultaten, de onderzoekers gingen vervolgens verder met het onderzoeken van de oorsprong van de superieure geleiding van de voorgestelde draad. Ze ontdekten dat de waargenomen geleidende eigenschappen fundamenteel anders waren dan eerder gerapporteerde vergelijkbare MMM-overgangen en waren afgeleid van orbitale splitsing. Met andere woorden, orbitale splitsing induceert veranderingen in de oorspronkelijke elektronenorbitalen van de atomen om een ​​nieuwe "hybride" orbitaal te definiëren die elektronenoverdracht tussen de metalen elektroden en de draadmoleculen vergemakkelijkt. Volgens Tanaka, "Dergelijk orbitaal splijtgedrag is zelden gemeld voor andere MMM-kruisingen."

Aangezien een nauwe opening tussen de hoogste (HOMO) en laagste (LUMO) bezette moleculaire orbitalen een cruciale factor is voor het verbeteren van de geleiding van moleculaire draden, het voorgestelde syntheseprotocol gebruikt een nieuwe techniek om deze kennis te benutten, zoals Tanaka toevoegt:"De huidige studie onthult een nieuwe strategie om moleculaire draden te realiseren met een extreem smalle HOMO-LUMO-opening via MMM-junctievorming."

Deze verklaring voor de fundamenteel verschillende geleidende eigenschappen van de voorgestelde draden vergemakkelijken de strategische ontwikkeling van nieuwe moleculaire componenten, die de bouwstenen zouden kunnen zijn van toekomstige minuscule elektronische apparaten.