Visioner för vad vi kan göra med framtidens elektronik beror på att vi hittar sätt att gå utöver kiselledarnas kapacitet. Det experimentella området molekylär elektronik tros representera en väg framåt, och nyligen genomförda arbeten vid KTH kan möjliggöra skalbar produktion av de nanoskalaelektroder som behövs för att utforska molekyler och utnyttja deras beteende som potentiellt värdefulla elektroniska material.

Ett team från Institutionen för mikro- och nanosystem vid KTH testade nyligen en teknik för att bilda miljontals livskraftiga molekylära knutpunkter i nanoskala – extremt små par av elektroder med ett nanometerstort gap mellan dem, där molekyler kan fångas och sonderas. Fynden publicerades i Naturkommunikation .

KTH-forskarna rapporterade att med en 100 mm diameter wafer av tunna material, de kan producera så många som 20 miljoner sådana elektroder på fem timmar, använda guldfilm ovanpå ett sprött material som bildar sprickor. Dessutom, arbetar med van der Zant Lab vid TU Delft, teamet fångade och studerade en allmänt använd referensmolekyl i det nanometer breda utrymmet mellan elektroderna för att säkerställa att tillverkningsmetoden inte hindrade bildandet av molekylära korsningar.

Shyamprasad Natarajan Raja, en av medförfattarna, säger att denna "sprickdefinierade break junction"-metod erbjuder ett genombrott till återvändsgränden av skalbar produktion av strukturer som en dag skulle kunna möjliggöra elektroniska enheter gjorda av enstaka molekyler.

Nyckeln är att skapa luckor som möjliggör ett fenomen som kallas tunnling, där elektroner övervinner brottet i en krets. En brytpunkt har ett gap som är storleken på några atomer, som bryter flödet av elektroner genom den. Dock, eftersom gapet är så litet, elektroner med tillräcklig energi kan fortfarande hoppa över denna vidd. Tunnelelektroner upprätthåller en liten men mätbar ström som är extremt känslig för storleken på gapet - och för närvaron av nanoobjekt inuti den.

"Brossövergångar är det bästa tillgängliga sättet att göra enskilda molekyler till en del av en större elektronisk krets som kan sondera molekyler, " säger Raja. De skulle också en dag kunna möjliggöra ultrakänsliga höghastighetsdetektorer med hjälp av kvanttunneling, han säger.
Dock, tunnelbrytningskorsningar produceras en lucka i taget, som har varit en stor vägspärr i utvecklingen av alla applikationer som involverar tunnlar utanför ett forskningslaboratorium, säger Raja.

Metoden börjar med att använda fotolitografi för att mönstra en stapel av guld på titannitrid (TiN). Denna stack ligger på en silikonwafer, och de skårade strukturerna som bildas koncentrerar sedan spänningen. Så, när kislet direkt under stapeln tas bort (en process som kallas släppetsning), små sprickor bildas på de förutbestämda ställena i TiN för att frigöra spänningen. Detta i sin tur deformerar guldet, sträcker den till atomärt tunna trådar som löper över dessa sprickor, som vid brytning bildar luckor så små som en molekyl.

Raja säger att metoden kan användas för andra ledande material, förutom guld, som erbjuder intressant el, kemiska och plasmoniska egenskaper för tillämpningar inom molekylär elektronik och spintronik, nanoplasmonik och biosensing.