Förmågan att sätta samman elektroniska byggstenar som består av enskilda molekyler är ett viktigt mål inom nanoteknik. En tvärvetenskaplig forskargrupp vid Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) är nu betydligt närmare att nå detta mål. Teamet av forskare som leds av Prof. Dr. Sabine Maier, Prof. Dr. Milan Kivala och Prof. Dr. Andreas Görling har framgångsrikt monterat och testat ledare och nätverk som består av individuella, nyutvecklade byggstensmolekyler. Dessa kan i framtiden fungera som grunden för komponenter för optoelektroniska system, som flexibla platta skärmar eller sensorer. FAU-forskarna har publicerat sina resultat i tidskriften Naturkommunikation .
Litografiska tekniker där de nödvändiga strukturerna skärs från befintliga block används för närvarande huvudsakligen för att producera mikro- och nanoelektroniska komponenter. "Detta är inte olikt hur en skulptör skapar ett objekt av befintligt material genom att skära bort det de inte behöver. Hur små vi kan göra dessa strukturer bestäms av materialets kvalitet och våra mekaniska färdigheter, ' förklarar Prof. Dr. Sabine Maier från ordföranden för experimentell fysik. "Vi har nu något som liknar en uppsättning legoklossar för användning inom det nanoelektroniska området; detta gör det möjligt för oss att tillverka de nödvändiga föremålen "nedifrån och upp", med andra ord, vi börjar från basen och placerar de små enheterna ovanpå varandra."
Forskarna kan nu använda dessa byggstenar för att producera de minsta endimensionella strukturerna -ledare - och tvådimensionella strukturer -nätverk - under precisionskontrollerade förhållanden. Strukturerna kännetecknas av sin extrema regelbundenhet utan några strukturella brister. Denna typ av felfria strukturer är väsentliga för att producera små nanoelektroniska komponenter med olika egenskaper.
Grunden för dessa syntetiska organiska halvledare - legoklossarna som det var - syntetiserades vid Institutet för organisk kemi vid FAU. "Vår grundläggande byggsten är en triangel som består av 21 kolatomer med en kväveatom i centrum, med antingen väte, jod eller brom avsatt i hörnen beroende på den önskade strukturen' klargör prof. Dr. Milan Kivala från ordföranden för organisk kemi I. FAU-forskarna fäster motsvarande molekyler på en bäraryta gjord av guld och denna värms sedan upp till 150 - 270°C. Denna process bildar initialt hexagoner eller kedjor. När proverna når en temperatur på 270°C, de molekylära byggstenarna bildas kemiskt bundna, platta och bikakeliknande maskor som liknar strukturen i det Nobelprisbelönta materialet grafen.
Forskargruppen har redan lyckats fastställa en av de stora elektriska egenskaperna - det så kallade "bandgapet". "Vi har konstaterat att bandgapet för tvådimensionella strukturer är mindre än för endimensionella arrangemang av samma molekylära byggstenar, tillägger Prof. Dr. Andreas Görling från ordföranden för teoretisk kemi. "Dessa insikter kommer att hjälpa oss i framtiden att förutsäga egenskaperna hos dessa strukturer och justera dem till önskade värden för specifika optoelektroniska tillämpningar."
Denna forskning har öppnat möjligheten att tillverka allt mindre nanoelektroniska komponenter. De nuvarande litografiska teknikerna som används vid kommersiell produktion av mikrochips kan bara skapa strukturer större än 14 nanometer. Ledarna som genereras i Erlangen är bara lite bredare än en nanometer och därför runt femtio tusen gånger tunnare än ett människohår. Dock, ett antal ytterligare utvecklingar är nödvändiga innan de kan användas i tekniska tillämpningar. Till exempel, det är fortfarande nödvändigt att hitta ett lämpligt elektriskt icke-ledande bärarmaterial.
