Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan

Molekyylielektroniikka tutkii siitä, miten elektronit liikkuvat yksittäisten molekyylien muodostamissa liitoksissa ja kuinka ilmiötä voidaan hyödyntää elektronisissa laitteissa. Näissä prosesseissa tyypillisesti käytettyjen teoreettisten mallien aikaskaalat ovat kokeellisesti havaittuihin verrattuna erittäin nopeita ja niiden kohdistaminen on ollut haaste.

Jyväskylän yliopiston ja Wroclawin tiede- ja teknillisen yliopiston tutkijoiden kehittämällä mallinnustekniikalla tutkittiin kokoonpanoa, jossa bentseeniditiolimolekyyli on kytketty kuparielektrodeihin ja on vuorovaikutuksessa valon kanssa ontelossa. Uusi teoreettinen menetelmä tarjoaa kokeellisesti uskottavan aika-asteikon molekyyliliitosten tutkimukselle.

"Teoreettiset tulokset osoittavat, että tutkimamme molekyylijärjestelmä voi tuottaa merkittävää valoemissiota ja korkeaa harmonista muodostumista", sanoo lehtori Riku Tuovinen Jyväskylän yliopistosta.

Tutkijoiden eräänlaiseksi molekyylikvanttipumpuksi kutsumassa ympäristössä

esiintyvät vaikutukset muistuttavat enemmän sitä, mitä havaitaan kiinteän olomuodon materiaaleissa kuin atomi- tai molekyylisysteemeissä.

"Tutkimuksessa havaittiin myös, että konfiguraation symmetriat voivat joko tukahduttaa tai tehostaa tiettyjä valotaajuuksia", kertoo Tuovinen, "joten konfiguraatiota voitaisiin mahdollisesti käyttää kytkimenä tai vahvistimena molekyylielektroniikassa."

”Samalla tavalla kuin kuuluisan Arkhimedes-ruuvin hyötysuhde riippuu kallistuskulmasta ja spiraalista, molekyylikvanttipumppujen hyötysuhde riippuu käyttöjännitteiden suuruudesta ja vaihe-erosta”, Tuovinen selittää

Osakan yliopiston tutkijat ovat puolestaan syntetisoineet aiempia paremmin sähkö johtavia hiilipohjaisiin oligomeeriketjuihin perustuvia molekyylijohtimia.

Kvanttimekaniikassa elektronit eivät ole vain pistehiukkasia, joilla on määrätty sijainti, vaan ne voivat pikemminkin "delokalisoitua" alueen yli. Molekyylillä, jossa on pitkiä vuorottelevia yksittäis- ja kaksoissidoksia, sanotaan olevan pi-konjugaatio, ja johtavat polymeerit toimivat sallimalla delokalisoituvien elektronien hypätä pii-konjugoitujen alueiden välillä.

"Hallitsemalla näiden pii-konjugoitujen alueiden kokoa saavutettiin näissä oligomeereissä korkea yksimolekyylinen johtavuus käyttämällä jäykkiä molekyylirakenteita", sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Ryo Asakawa.

"Odotamme tämän tutkimuksen johtavan parempaan yksimolekyyliseen elektroniikkaan ja orgaanisiin ohutkalvolaitteisiin", sanoo vanhempi kirjoittaja Yutaka Ie. Yksittäisiä molekyylijohteita voidaan jopa käyttää bioyhteensopivina antureina elävien solujen sisällä.

Aiheesta aiemmin:

Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin

Kvantti-interferenssi voi olla avain pienempiin eristeväleihin

Kohti molekyylielektroniikkaa