Kretsarna har blivit mindre, låta datorer få plats i din handflata, men tänk om kretsar kunde vara så små som molekyler? För att skapa sådana kretsar, forskare behöver molekylära dioder som låter ström gå i en riktning, men inte en annan. Kolbaserade dioder visar lovande, men de är känsliga för sin miljö. De fungerar inte bra när de passar in i praktiska enheter. Forskare omstrukturerade dioden genom att separera elektronrörsområdet, gjord av ett enda lager pentacen, från metallelektroderna. Bufferten är ett tunt lager av små kolkulor, eller buckyballs. Den nya dioden är 1, 000 gånger effektivare för att leda ström i en riktning än den andra.

Forskarna identifierade den molekylära Schottky-mekanismen som låter dioden leda elektricitet i en riktning och inte i den andra. Denna mekanism kan visa sig vara en allmän egenskap hos sådana molekylära system, och förmågan att konstruera det genom att lägga till ett tunt lager kan ha konsekvenser för massproducerande molekylärbaserad elektronik och innovationer inom solceller och vissa organiska solceller.

Mer än fyrtio år efter det ursprungliga förslaget om organiska molekylära dioder, den elektriska prestandan för sådana anordningar förblir flera storleksordningar under deras oorganiska motsvarigheter. En primär orsak är att molekyler är mycket känsliga för sin närmiljö, så att mycket av deras önskvärda inneboende elektriska egenskaper går förlorade när de integreras i faktiska enheter. Detta arbete övervinner sådana problem genom att koppla bort den aktiva anordningsregionen gjord av ett monoskikt av pentacen från metallelektroderna med användning av ett buffertskikt tillverkat av metalliserade buckyballs (C60).

Den inneboende svaga interaktionen mellan C60 och pentacen och den starka kopplingen av C60 med koppar leder till ett system som påminner om en 2-molekyl tjock Schottky-diod, med en strömlikriktning som är jämförbar med de bästa resultaten inom området molekylära dioder. Dessa fynd öppnar möjligheten att konstruera icke-linjärt elektriskt beteende på en nanometerlängdskala i organisk optoelektronik och fotovoltaik. Skanningstunnelmikroskopi vid Center for Nanoscale Materials (CNM) med ytberedning under ultrahögt vakuum var avgörande för att bygga och karakterisera dessa självmonterade system i atomär skala. Med denna struktur bestämd experimentellt, beräkningar på CNM:s högpresterande datorkluster avslöjade den elektroniska strukturen och transportmekanismen för heteroövergången.