Elektroniska komponenter byggda av enstaka molekyler med kemisk syntes kan bana väg för mindre, snabbare och mer gröna och hållbara elektroniska enheter. Nu för första gången, en transistor gjord av bara ett molekylärt monolager har gjorts för att fungera där det verkligen räknas. På ett datorchip.

Den molekylära integrerade kretsen skapades av en grupp kemister och fysiker från Institutionen för kemi Nano-Science Center vid Köpenhamns universitet och Chinese Academy of Sciences, Peking. Deras upptäckt "Ultrathin Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Top-Contacts for Light Switchable Solid-State Molecular Junctions" har just publicerats online i den prestigefyllda tidskriften Avancerade material . Genombrottet möjliggjordes genom en innovativ användning av det tvådimensionella kolmaterialet grafen.

Första steget mot integrerad molekylär krets

Kasper Nørgaard är docent i kemi vid Köpenhamns universitet. Han tror att den första fördelen med det nyutvecklade grafenchippet blir att underlätta testningen av kommande molekylära elektroniska komponenter. Men han är också säker, att det representerar ett första steg mot korrekta integrerade molekylära kretsar.

"Grafen har några mycket intressanta egenskaper, som inte kan matchas av något annat material. Det vi har visat är att det är möjligt att integrera en funktionell komponent på ett grafenchip. Jag känner ärligt talat att det här är förstasidesnyheter", säger Nørgaard.

Det molekylära datorchippet är en smörgås byggd med ett lager guld, en av molekylära komponenter och en av det extremt tunna kolmaterialet grafen. Den molekylära transistorn i sandwichen är påslagen och använder en ljusimpuls så en av grafenens speciella egenskaper är mycket användbar. Även om grafen är gjord av kol, det är nästan helt genomskinligt.

Jakten på transistorer, ledningar, kontakter och andra elektroniska komponenter gjorda av enstaka molekyler har fått forskare att arbeta natt och dag. Till skillnad från traditionella komponenter förväntas de inte kräva några tungmetaller och sällsynta jordartsmetaller. Så de borde vara billigare och mindre skadliga för jorden, vatten och djur. Tyvärr har det varit jävligt svårt att testa hur väl dessa funktionella molekyler fungerar. Tills nu.

Tidigare har testningen av de mikroskopiska komponenterna fått forskare till en metod som är bäst jämfört med ett lotteri. För att kontrollera om en nypräglad molekyl skulle leda eller bryta en ström, de var tvungna att praktiskt taget dumpa en bägare full av molekyler mellan två strömförande ledningar, i hopp om att minst en molekyl hade landat så att den stängde kretsen.

Lotterimetoden ersätts av precisionsplacering

Med det nya grafenchippet kan forskare nu placera sina molekyler med stor precision. Detta gör det snabbare och enklare att testa funktionaliteten hos molekylära trådar, kontakter och dioder så att kemister på nolltid ska veta om de behöver gå tillbaka till sina bägare för att utveckla nya funktionella molekyler, förklarar Nørgaard.

"Vi har gjort en design, som kommer att hålla många olika typer av molekyler", säger han och fortsätter:"Eftersom grafenställningen är närmare verklig chipdesign gör det det lättare att testa komponenter, men det är förstås också ett steg på vägen mot att göra en riktig integrerad krets med hjälp av molekylära komponenter. Och vi får inte glömma det faktum att molekylära komponenter måste hamna i en integrerad krets, om de kommer att vara till någon nytta i verkligheten”.