Een team van de universiteit van Osaka heeft nanodraden met één molecuul gemaakt, compleet met een isolatielaag, tot 10 nanometer lang. Toen ze de elektrische eigenschappen van deze nanodraden maten, de onderzoekers ontdekten dat het dwingen van de lintachtige kettingen om plat te zijn hun geleidbaarheid aanzienlijk verbeterde in vergelijking met een gedraaide conformatie. De bevindingen kunnen een nieuwe generatie goedkope hightech-apparaten mogelijk maken, inclusief smartphoneschermen en fotovoltaïsche installaties.

Op koolstof gebaseerde polymeren, dat zijn lange moleculaire ketens gemaakt van herhalende eenheden, overal te vinden, van het rubber in de zolen van je schoenen tot de eiwitten waaruit je lichaam bestaat. Vroeger dachten we dat deze moleculen geen elektriciteit konden geleiden, maar dat veranderde allemaal met de ontdekking van geleidende polymeren. Dit is een kleine subset van op koolstof gebaseerde moleculen die zich als kleine draadjes kunnen gedragen vanwege hun afwisselende enkele en dubbele chemische bindingen, ook wel geconjugeerde bindingen genoemd. Omdat op koolstof gebaseerde geleiders veel gemakkelijker en goedkoper te maken en aan te passen zijn dan conventionele elektronica, ze hebben een snelle acceptatie gezien in OLED-tv's, iPhone-schermen, en zonnepanelen, terwijl ze hun kosten drastisch verlagen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben ketens van oligothiofeen van verschillende lengtes gesynthetiseerd, met maximaal 24 herhalingseenheden. Dit betekent dat enkele nanodraden tot 10 nanometer lang kunnen zijn. Isolatie van de draden was nodig om interwire-stromen te voorkomen, zodat de intrinsieke geleidbaarheid van een enkel molecuul nauwkeurig kon worden gemeten. Op basis van de regels van de kwantummechanica, elektronen in moleculen gedragen zich meer als uitgespreide golven dan gelokaliseerde deeltjes. Door de overlappende bindingen in oligothiofeen kunnen elektronen volledig worden verspreid over de polymeerruggengraat, zodat ze het molecuul gemakkelijk kunnen transverseren om een ​​elektrische stroom te creëren.

Dit ladingstransport kan op twee heel verschillende manieren plaatsvinden. "Over korte afstanden elektronen vertrouwen op hun golfachtige aard om direct door barrières te 'tunnelen', maar over lange afstanden, ze hoppen van site naar site om hun bestemming te bereiken, " eerste auteur Dr. Yutaka Ie legde uit. Het team van de Universiteit van Osaka ontdekte dat het veranderen van de oligothiofeenketen van gedraaid naar plat leidde tot een veel grotere overlap van de geconjugeerde ruggengraat van oligothiofeen, wat op zijn beurt een grotere algehele geleidbaarheid betekende. Als resultaat, de overgang van tunneling naar hopping-geleiding vond plaats met platte kettingen met kortere kettinglengtes, vergeleken met die met de gedraaide conformatie.

De onderzoekers geloven dat dit werk een hele nieuwe wereld van apparaten kan openen. "Deze studie toont aan dat onze geïsoleerde nanodraden het potentieel hebben om te worden gebruikt in nieuwe 'single-molecule' elektronica, " hoofdauteur Dr. Yoshio Aso zei. Het werk is gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters als "Zeer vlakke en volledig geïsoleerde oligothiofenen:effecten van π-conjugatie op transport van hopladingen."