Den ökande miniatyriseringen inom elektronik kommer att resultera i komponenter som endast består av några få molekyler, eller bara en molekyl. Små trådar krävs för att ansluta dessa till en elektrisk krets på nanonivå. Ett internationellt forskargrupp från Kiel University (CAU) och Donostia International Physics Center i San Sebastián, Spanien, har utvecklat en molekyl som integrerar en tråd med en diameter på endast en atom. Forskarna upptäckte att strömmen kan regleras via denna molekyltråd. Det fungerar som en nano -strömbrytare, och gör det möjligt att använda molekylära trådar i elektroniska komponenter i nanoskala. Forskargruppens resultat dök upp i den vetenskapliga tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Tråden som produceras av forskarna från Kiel och San Sebastián är bara två atombindningar långa och en atom breda. "Detta är den enklaste molekylära tråden man kan tänka sig, tunnare och mycket kortare är inte möjligt, "förklarade Kiel-fysikern Torben Jasper-Tönnies, publikationens första författare. För att mäta strömmen som strömmar genom nanotråden, båda ändarna måste anslutas till en metallelektrod - som med större kretsar. Men det finns inga metallklämmor som är tillräckligt små för att skapa elektriska kontakter i nanoskala. "Elektrisk kontakt med enskilda molekyler i en nanokrets är ett problem som ännu inte har lösts tillfredsställande, och diskuteras brett i forskarsamhället, "förklarade Jasper-Tönnies, som skriver sin doktorsavhandling i professor Richard Berndts arbetsgrupp.

För att möjliggöra en elektrisk kontakt, forskarna utvecklade en ny tråd, som endast består av en enda molekyl. "Det speciella med vår tråd är att vi kan installera den vertikalt på en metallyta. Detta innebär att en av de två nödvändiga kontakterna redan är effektivt inbyggd i tråden, "förklarade Jasper-Tönnies. För att uppnå detta, de involverade kemisterna använde en metod från Kiel Collaborative Research Center (SFB) 677 "Function by Switching". I det tvärvetenskapliga forskningsnätverket, molekylära plattformar är bland intresseområdena. Tråden är ansluten till en sådan plattform. Det uppvisar en hög konduktans, och kan enkelt fästas på en metallyta som en sugkopp - en elektrisk kontakt uppnås.

För den andra nödvändiga kontakten, forskargruppen använde ett scanning tunneling microscope (STM). Med en metallspets, det "känns" ett prov, och skapar en bild av dess yta på en skala ner till några nanometer. Enskilda atomer blir därmed synliga. I deras experiment, Kiel -forskarna använde en särskilt fin metallspets för STM, i slutet var endast en atom. På det här sättet, de kunde skapa en elektrisk kontakt med trådens andra ände, stäng kretsen, och mäta strömmen. "Genom denna mycket exakta kontakt via bara en atom, vi fick särskilt bra data. Vi kan replikera dessa kontakter, och de uppmätta strömvärdena skiljer sig väldigt lite från tråd till tråd, sa Jasper-Tönnies.

Under deras mätningar, forskarna fann också att kvantmekaniska krafter verkar mellan metallspetsen på STM och nanotråden. Dessa kan användas för att böja tråden mekaniskt. Om tråden bara är något böjd, strömmen reduceras. Dock, om det finns en stark böj, det ökar. "Genom att böja tråden, vi kunde slå på eller av strömmen. Även om vår tråd är så enkel, det beter sig på ett mycket komplext sätt - detta förvånade oss, "förklarade Jasper-Tönnies.

Forskarna tror att nanotrådens ovanliga elektriska konduktans orsakas av dess molekylära struktur. Detta stöds av beräkningar utförda av Dr Aran Garcia-Lekue och professor Thomas Frederiksen från San Sebastián. Som ett resultat av de kvantmekaniska krafterna, trådens enskilda atomer bildar nya kemiska bindningar med atomen vid spetsen av STM -sonden. Detta förändrar molekylens geometri, och därmed dess egenskaper. "Små geometriska skillnader kan faktiskt ha en enorm effekt. Det är därför det är viktigt att kunna ställa in en molekyls geometri och mäta den så exakt som möjligt - och vi uppnår detta genom nanotrådens exakta kontakt och via STM -bilder i atomupplösning, sa Jasper-Tönnies.