Forskare vid Tokyo Institute of Technology designade en ny typ av molekylär tråd dopad med organometalliskt rutenium för att uppnå oöverträffat högre konduktans än tidigare molekylära trådar. Ursprunget till hög konduktans i dessa ledningar skiljer sig fundamentalt från liknande molekylära enheter och föreslår en potentiell strategi för att utveckla högledande "dopade" molekylära ledningar.

Sedan deras befruktning, forskare har försökt att krympa elektroniska enheter till oöverträffade storlekar, till och med till den grad att de tillverkas av några få molekyler. Molekylära ledningar är bland byggstenarna i sådana små anordningar, och många forskare har utvecklat strategier för att syntetisera högledande, stabila ledningar från noggrant designade molekyler.

Ett team av forskare från Tokyo Institute of Technology, inklusive Yuya Tanaka, designat en ny molekylär tråd i form av en metallelektrod-molekyl-metallelektrod (MMM)-övergång inklusive en polyyn, en organisk kedjeliknande molekyl, "dopad" med en ruteniumbaserad enhet Ru(dppe) ₂ . Den föreslagna designen, med på omslaget till Journal of the American Chemical Society , är baserad på att konstruera energinivåerna för de ledande orbitalerna för atomerna i tråden, med tanke på egenskaperna hos guldelektroder.

Med hjälp av skanningstunnelmikroskopi, teamet bekräftade att konduktansen för dessa molekylära trådar var lika med eller högre än de för tidigare rapporterade organiska molekylära trådar, inklusive liknande trådar "dopade" med järnenheter. Motiverad av dessa resultat, forskarna fortsatte sedan med att undersöka ursprunget till den föreslagna trådens överlägsna konduktans. De fann att de observerade ledande egenskaperna skilde sig fundamentalt från tidigare rapporterade liknande MMM-korsningar och härleddes från orbital splittring. Med andra ord, orbital splitting inducerar förändringar i atomernas ursprungliga elektronorbitaler för att definiera en ny "hybrid" orbital som underlättar elektronöverföring mellan metallelektroderna och trådmolekylerna. Enligt Tanaka, "sådant orbital splitting-beteende har sällan rapporterats för någon annan MMM-korsning."

Eftersom ett smalt gap mellan de högsta (HOMO) och lägsta (LUMO) upptagna molekylära orbitalen är en avgörande faktor för att förbättra konduktansen hos molekylära trådar, det föreslagna syntesprotokollet antar en ny teknik för att utnyttja denna kunskap, som Tanaka tillägger "Den här studien avslöjar en ny strategi för att realisera molekylära ledningar med ett extremt smalt HOMO?LUMO-gap via MMM-övergångsbildning."

Denna förklaring till de fundamentalt olika ledande egenskaperna hos de föreslagna trådarna underlättar den strategiska utvecklingen av nya molekylära komponenter, som kan vara byggstenarna i framtida små elektroniska enheter.