Egyetlen molekulából álló elektronikus eszközt készítettek

Az egyetlen molekulából álló nanodióda fantáziarajza

A Columbia Engineering kutatóinak először sikerült egyetlen molekulából álló elektronikus eszközt, egy diódát, készíteniük. Ezzel elérték az elektromos eszközök minimalizálásának végső határát úgy, hogy megvan a lehetőség a találmány gyakorlati alkalmazására is.

A Columbia Engineering kutatói – Latha Venkataraman vezetésével – egy olyan új eljárást dolgoztak ki, amelynek segítségével képesek egyetlen molekulából álló diódát készíteni. Ily módon sikerült olyan molekuláris diódákat kifejleszteniük, amelyek 50-szer jobban teljesítettek, mint az összes korábbi mintadarab.

Venkataraman csoportja az első, amelynek sikerült olyan egyetlen molekulából álló diódát kifejlesztenie, amely a gyakorlatban is felhasználható lehet majd a nano-mérettartományú eszközökben. Az eredményekről a Nature Nanotechnology folyóiratban számoltak be a kutatók.

Az egyetlen molekulából álló nanodióda fantáziarajza Forrás: Latha Venkataraman, Columbia Engineering

„Új megközelítésünkkel egy olyan egymolekulás diódát hoztunk létre, amelynek nagy (>250) az egyenirányítása és magas a »be« árama (~ 0,1 mikroamper)”

– mondta Venkataraman.

A nanotechnológia Szent Grálja

„A nanotechnológia egyik régóta kísértő vágyálma egy olyan eszköz előállítása, ahol az aktív elem csupán egyetlen molekula. Ez a cél a molekuláris elektronika »Szent Grálja« a kezdetektől, azaz 1974 óta, amikor megjelent Aviram és Ratner cikke, amelyben leírták, hogy ez az elektromos eszközök által elérhető végső működőképes miniatürizáció” – tette hozzá még Venkataraman.

Mivel egy dióda egyfajta elektromos szelepként működik, szerkezetének aszimmetrikusnak kell lennie, hogy az egy irányba folyó áram más környezettel találkozzon, amikor a másik irányba folyik. Így az egyetlen molekulából álló dióda kifejlesztéséhez a kutatók aszimmetrikus szerkezetű molekulákat terveztek.

„Bár az ilyen aszimmetrikus molekulák valóban mutatnak némi diódaszerű tulajdonságot, nem hatékonyak”

– mondta Brian Capozzi, a cikk vezető szerzője. „Egy jól megtervezett diódának csak az egyik (»be«) irányba szabad átengednie az elektromos áramot, és ebbe az irányba sok áramot kell átengednie. Az aszimmetrikus molekuláris terveknek általában az a hátrányuk, hogy nagyon kevés áramot engednek át mindkét irányba, és a be/ki arány, azaz az egyenirányítási arány alacsony, holott ennek nagyon magasnak kéne lennie.”

A molekuláris kapcsolat a kulcs

A probléma megoldásához kutatók ezért nem is annyira magának az aszimmetrikus molekulának a tervezésére, hanem az azt körülvevő molekuláris kapcsolatra összpontosítottak. Környezeti aszimmetriát hoztak létre egy meglehetősen egyszerű módszerrel. Ionos oldattal vették körül az aktív molekulát, és különböző méretű aranyelektródákat használtak a molekulához csatlakozáshoz.

Így érték el a korábbiaknál 50-szer nagyobb egyenirányítási arányt és a 0,1 mikroampernél is több »be« átfolyó áramot, amely nagyon nagy értéknek számít egy molekula esetében, jegyezte meg Venkataraman. Ráadásul az új technika használható mindenféle nanoméretű eszköz, így a grafénelektródás eszközök előállításához is.