Elektrontransport genom en enda molekyl erbjuder en mycket lovande ny teknik för produktion av elektroniska chips. Det är dock svårt att göra en bra ledande förbindelse mellan molekylen och metallkontakterna. Forskare från FOM-stiftelsen, Delft University of Technology och Leiden University har upptäckt en effekt som spelar en stor roll i detta:de så kallade 'bildladdningarna' i metallkontakterna påverkar starkt elektrontransporten genom molekylen. Den molekylära ledningen kan skilja sig åt med flera storleksordningar som ett resultat av detta.

FOM-arbetsgruppsledare professor Herre van der Zant och professor Jan van Ruitenbeek publicerade dessa resultat med sitt team online den 17 mars i den berömda tidskriften Naturens nanoteknik .

Molekylär elektronik

Molekyler är mycket små och vanligtvis bara flera nanometer stora. En enda molekyl mellan två elektroder skulle kunna användas som en mycket känslig sensor eller extremt liten transistor. Men problemet med att utveckla denna "molekylära elektronik" är att det är svårt att få elektrisk kontakt med en enda molekyl. Denna forskning har resulterat i en bättre förståelse av det grundläggande fysiska beteendet hos enskilda molekyler. Detta har lett till idéer för att använda bildladdningar för att realisera elektroniska molekylära komponenter.

Justering av energinivåer

Bildladdningar uppstår i en metall på grund av laddningens närhet, som den på den enda molekylen. Bildladdningarna i metallen påverkar i sin tur molekylens energinivåer. Man visste redan att det är så bildladdningar spelar en viktig roll i laddningstransport genom molekyler. Bildladdningarna kan kraftigt förskjuta inriktningen av de molekylära energinivåerna jämfört med energinivåerna i metallen. Det är så de orsakar en förbättrad eller minskad ledning. Nu har forskarna för första gången systematiskt beskrivit denna effekt för en enskild molekyl.

Kombination av expertis gör mätning möjlig

Genom att kombinera sina unika kompetensområden, forskare från Delft och Leiden utvecklade tillsammans en ny teknik för att mäta molekylär ledning. Metoden är baserad på tekniken 'mekaniskt styrd brytpunkt', uppfanns av Van Ruitenbeek. I Delft, tekniken har utökats genom att den har införlivats i en transistor. Denna teknik gör det möjligt att variera avståndet mellan elektroderna och därmed molekylens närhet, så att bildladdningen kan påverkas. Som ett resultat av detta fick forskarna en unik mekanisk och elektrisk kontroll över molekylens energinivåer. Det gjorde det möjligt för dem att experimentellt bestämma och kvantifiera bildladdningarnas roll.