Elektronikomponentteja yksittäisten molekyylien ketjuista

Tutkijat ovat kehittäneet ainutlaatuisen tavan rakentaa niin pieniä elektronisia komponentteja, että ne koostuvat yksittäisten molekyylien ketjuista – luoden työkalupakin, joka auttaa rakentamaan materiaaleja, jotka voisivat ohjata seuraavan sukupolven teknologiaa.

Birminghamin ja Warwickin yliopiston johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on julkaissut löydöksensä ja luonut räätälöidyillä elektronisilla ominaisuuksilla varustettuja "nanoribboneita".

Birminghamin professori Giovanni Costantini ja tutkimuksen vastaava kirjoittaja sanoi: ”Vaikka atomitason tarkkoja nanonauhoja on tutkittu aiemminkin, tämä on ensimmäinen kerta, kun ne on rakennettu yhdistämällä suoraan elektronin donorin ja akseptorin yksiköitä. Koska voimme valita tarkalleen, mihin nämä yksiköt sijoittuvat, voimme suunnitella niiden elektroniset ominaisuudet etukäteen ja toteuttaa ne atomitason tarkkuudella.”

”Ohjaamalla molekyyliyksiköiden järjestystä ja pituutta voimme ohjelmoida ja toteuttaa materiaalin elektroniset ominaisuudet tarkasti käytännössä – tasoittaen tietä ennennäkemättömälle hallinnan tasolle, joka on välttämätön seuraavan sukupolven teknologioille.”

Perinteisesti nanonauhat on valmistettu grafeenista, joka ei luonnostaan käyttäydy puolijohteena, ellei sitä muokata uudelleen nanonauhoiksi tai modifioida kemiallisesti muilla alkuaineilla. Siltikin materiaalin sähköisen käyttäytymisen hallitseminen on ollut vaikeaa.

Wienin yliopiston professori Davide Bonifazin johtama ryhmä suunnitteli ja syntetisoi kaksi erityistä molekyyliä – elektroniluovuttajan ja elektronin vastaanottajan. Warwick-Birminghamin ryhmä asetti sitten nämä molekyylit kultapinnalle tyhjiössä ja lämmitti niitä, jotta ne luonnollisesti yhdistyisivät nanonauhoiksi, jolloin muodostuisi pelkkiä donorinauhoja, pelkkiä akseptorinauhoja ja sekoitettuja D–A-nauhoja.

Tohtori James Lawrence toteaa: "Tämä tutkimus luo uuden työkalupakin elektronisten materiaalien rakentamiseen atomitasolla. Nanonauhojen rakentaminen suoraan metallipinnalle voi tuottaa täydellisesti määriteltyjä rakenteita, joita on vaikea saavuttaa perinteisellä kemialla."

Professori Gabriele Sosso, joka valvoi työn laskennallisia puolia Warwickin yliopistossa, sanoi: "Mallinnuksen näkökulmasta nämä nanoribbonit osoittavat, kuinka atomitason suunnittelua voidaan käyttää reaalimaailman elektronisten ominaisuuksien hienosäätöön. Tukipinnan ja paikallisen ympäristön vaikutusten tallentaminen on avainasemassa tämän lähestymistavan ohjaamisessa edelleen."

Tutkijoiden mukaan seuraava askel on soveltaa tätä lähestymistapaa suunnitellen materiaaleja, joilla on kohdennettuja ominaisuuksia orgaaniseen elektroniikkaan, bioelektroniikkaan ja aurinkosähköön.

Aiheesta aiemmin:

Sähköisten ominaisuuksien hallitseminen atomitasolla

Luonnon johdottamat tarkkuusmolekyylit tulevaisuuden elektroniikalle

Germaneenin nanonauhat tasoittavat tietä kvanttilaskentaan