En forskargrupp ledd av fysiker vid Münchens tekniska universitet (TUM) har utvecklat molekylära nanoswitchar som kan växlas mellan två strukturellt olika tillstånd med hjälp av en applicerad spänning. Dessa kan tjäna som grund för en banbrytande klass av enheter som kan ersätta kiselbaserade komponenter med organiska molekyler.

Utvecklingen av nya elektroniska teknologier driver den oupphörliga minskningen av funktionella komponentstorlekar. I samband med ett internationellt samarbete, ett team av fysiker vid tekniska universitetet i München har framgångsrikt implementerat en enda molekyl som ett växlingselement för ljussignaler.

"Att byta med bara en enda molekyl ger framtida elektronik ett steg närmare den yttersta gränsen för miniatyrisering, " säger nanoforskaren Joachim Reichert från fysikavdelningen vid Münchens tekniska universitet.

Olika struktur - olika optiska egenskaper

Teamet utvecklade initialt en metod som gjorde det möjligt för dem att skapa exakta elektriska kontakter med molekyler i starka optiska fält och kontrollera dem med en applicerad spänning. Vid en potentialskillnad på cirka en volt, molekylen ändrar sin struktur:Den blir platt, ledande och sprider ljus.

Detta optiska beteende, som skiljer sig beroende på molekylens struktur, är ganska spännande för forskarna eftersom spridningsaktiviteten - Ramanspridning, i detta fall – kan både observeras och, på samma gång, slås på och av via en pålagd spänning.

Utmanande teknik

Forskarna använde molekyler syntetiserade av team baserade i Basel och Karlsruhe. Molekylerna kan ändra sin struktur på specifika sätt när de laddas. De är arrangerade på en metallyta och kontaktas med hjälp av hörnet av ett glasfragment med en mycket tunn metallbeläggning som spets.

Detta fungerar som en elektrisk kontakt, ljuskälla och ljussamlare, allt i ett. Forskarna använde fragmentet för att rikta laserljus till molekylen och mäta små spektroskopiska signaler som varierar med den applicerade spänningen.

Att kontakta enskilda molekyler elektriskt är extremt utmanande ur teknisk synvinkel. Forskarna har nu framgångsrikt kombinerat denna procedur med singelmolekylspektroskopi, så att de kan observera även de minsta strukturella förändringar i molekyler med stor precision.

Tävling om kisel

Ett mål med molekylär elektronik är att utveckla nya enheter som kan ersätta traditionella kiselbaserade komponenter med hjälp av integrerade och direkt kontrollerbara molekyler.

Tack vare dess små dimensioner, detta nanosystem är lämpligt för applikationer inom optoelektronik, där ljuset måste växlas med variationer i elektrisk potential.