Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben gedraaide moleculaire draden gesynthetiseerd van slechts één molecuul dik die elektriciteit kunnen geleiden met minder weerstand in vergelijking met eerdere apparaten. Dit werk kan leiden tot op koolstof gebaseerde elektronische apparaten waarvoor minder giftige materialen of ruwe verwerkingsmethoden nodig zijn.

Organische geleiders, die op koolstof gebaseerde materialen zijn die elektriciteit kunnen geleiden, zijn een opwindende nieuwe technologie. Vergeleken met conventionele siliciumelektronica, organische geleiders kunnen gemakkelijker worden gesynthetiseerd, en kan zelfs worden verwerkt tot moleculaire draden. Echter, deze structuren lijden aan verminderde elektrische geleidbaarheid, waardoor ze niet kunnen worden gebruikt in consumentenapparaten. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van het Institute of Scientific and Industrial Research en de Graduate School of Engineering Science aan de Osaka University heeft een nieuw soort moleculaire draad ontwikkeld, gemaakt van oligothiofeenmoleculen met periodieke wendingen die elektrische stroom met minder weerstand kunnen dragen.

Moleculaire draden zijn samengesteld uit lange moleculen op nanometerschaal die afwisselend enkele en dubbele chemische bindingen hebben. orbitalen, dat zijn toestanden die elektronen rond een atoom of molecuul kunnen innemen, kan worden gelokaliseerd of uitgebreid in de ruimte. In dit geval, de pi-orbitalen van individuele atomen overlappen elkaar om grote "eilanden" te vormen waar elektronen tussen kunnen springen. Omdat elektronen het meest efficiënt kunnen springen tussen niveaus die qua energie dicht bij elkaar liggen, fluctuaties in de polymeerketen kunnen energiebarrières creëren. "De mobiliteit van ladingen, en dus de algehele geleidbaarheid van de moleculaire draad, kan worden verbeterd als de ladingsmobiliteit kan worden verbeterd door dergelijke fluctuaties te onderdrukken, " zegt eerste auteur Yutaka Ie.

De overlap van pi-orbitalen is erg gevoelig voor de rotatie van het molecuul. Aangrenzende segmenten van het molecuul die in hetzelfde vlak zijn uitgelijnd, vormen één grote springplaats. Door doelbewust wendingen aan de ketting toe te voegen, het molecuul wordt opgedeeld in plaatsen ter grootte van nanometers, maar omdat ze qua energie dicht bij elkaar staan, de elektronen kunnen er gemakkelijk tussen springen. Dit werd bereikt door een 3 in te voegen, 3'-dihexyl-2, 2'-bithiofeen-eenheid na elk traject van 6 of 8 oligothiofeen-eenheden.

Het team vond dat algemeen, het creëren van kleinere eilanden die dichter bij de energie liggen, maximaliseerde de geleidbaarheid. Ze hebben ook gemeten hoe temperatuur de geleidbaarheid beïnvloedt, en toonde aan dat het inderdaad gebaseerd was op elektronenhoppen. "Ons werk is van toepassing op draden met één molecuul, evenals organische elektronica in het algemeen, " zegt senior auteur Yoshikazu Tada. Dit onderzoek kan leiden tot verbeteringen in de geleidbaarheid waardoor nanodraden kunnen worden opgenomen in een breed scala aan elektronica, zoals tablets of computers.