Visies voor wat we kunnen doen met toekomstige elektronica zijn afhankelijk van het vinden van manieren om verder te gaan dan de mogelijkheden van siliciumgeleiders. Men denkt dat het experimentele veld van moleculaire elektronica een weg vooruit vertegenwoordigt, en recent werk bij KTH kan schaalbare productie mogelijk maken van de nanoschaalelektroden die nodig zijn om moleculen te verkennen en hun gedrag als potentieel waardevolle elektronische materialen te benutten.

Een team van de afdeling Micro- en Nanosystemen van KTH heeft onlangs een techniek getest om miljoenen levensvatbare moleculaire knooppunten op nanoschaal te vormen - extreem kleine paren elektroden met een tussenruimte van nanometerformaat. waar moleculen kunnen worden gevangen en onderzocht. De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De KTH-onderzoekers rapporteerden dat met een wafeltje met een diameter van 100 mm van dunne materialen, ze kunnen maar liefst 20 miljoen van dergelijke elektroden produceren in vijf uur tijd, met behulp van goudfilm bovenop een bros materiaal dat scheuren vormt. In aanvulling, werken met het van der Zant Lab aan de TU Delft, het team ving en bestudeerde een veelgebruikt referentiemolecuul in de nanometer-brede ruimte tussen de elektroden om ervoor te zorgen dat de fabricagemethode de vorming van moleculaire knooppunten niet belemmerde.

Shyamprasad Natarajan Raja, een van de co-auteurs, zegt dat deze "crack-defined break junction"-methode een doorbraak biedt in de impasse van schaalbare productie van structuren die ooit elektronische apparaten gemaakt van afzonderlijke moleculen mogelijk zouden kunnen maken.

De sleutel is om gaten te produceren die een fenomeen mogelijk maken dat tunneling wordt genoemd, waarin elektronen de breuk in een circuit overwinnen. Een breekpunt heeft een opening ter grootte van een paar atomen, die de stroom van elektronen erdoorheen verbreekt. Echter, omdat de kloof zo klein is, elektronen met voldoende energie kunnen nog steeds over deze uitgestrektheid springen. Tunneling-elektronen ondersteunen een kleine maar meetbare stroom die extreem gevoelig is voor de grootte van de opening - en voor de aanwezigheid van nano-objecten erin.

"Break junctions zijn het beste middel dat beschikbaar is om afzonderlijke moleculen onderdeel te maken van een groter elektronisch circuit dat moleculen kan onderzoeken, " zegt Raja. Ze zouden op een dag ook ultragevoelige hogesnelheidsdetectoren kunnen inschakelen met behulp van kwantumtunneling, hij zegt.
Echter, tunneling break junctions worden één spleet per keer geproduceerd, die een belangrijke wegversperring is geweest bij de ontwikkeling van toepassingen waarbij tunnels buiten een onderzoekslaboratorium betrokken zijn, ' zegt Raja.

De methode begint met het gebruik van fotolithografie om een ​​stapel goud op titaniumnitride (TiN) te modelleren. Deze stapel is geplaatst op een siliciumwafel, en de gevormde gekerfde structuren concentreren dan de spanning. Dus, wanneer het silicium direct onder de stapel wordt verwijderd (een proces dat vrijgave-etsen wordt genoemd), kleine scheurtjes vormen zich op de vooraf bepaalde locaties in het TiN om de spanning te verminderen. Dit vervormt op zijn beurt het goud, het uitrekken tot atomair dunne draden die over deze scheuren lopen, die bij het breken openingen vormen zo klein als een molecuul.

Raja zegt dat de methode kan worden gebruikt voor andere geleidende materialen, naast goud, die interessante elektrische, chemische en plasmonische eigenschappen voor toepassingen in moleculaire elektronica en spintronica, nanoplasmonica en biosensing.