Forskare vid Tokyo Institute of Technology och University of Tsukuba visar att polymerer kan spela en nyckelroll i tillverkningen av enmolekylära elektroniska enheter, så att vi kan flytta gränserna för nanoelektronikrevolutionen.

En av de mest slående aspekterna av de elektroniska enheter vi har idag är deras storlek och storleken på deras komponenter. Att flytta gränserna för hur liten en elektronisk komponent kan göras är ett av huvudämnena för forskning inom elektronik runt om i världen, och av goda skäl. Till exempel, den exakta manipulationen av otroligt små strömmar med hjälp av nanoelektronik kan tillåta oss att inte bara förbättra de nuvarande begränsningarna för elektronik, men ge dem också nya funktioner.

Så, hur långt ner går kaninhålet i området för miniatyrisering? En forskargrupp ledd av Tomoaki Nishino, Docent vid School of Science vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) undersöker djupet av detta; med andra ord, de arbetar på enheter med en enda molekyl. "Den ultimata miniatyriseringen förväntas realiseras av molekylär elektronik, där en enda molekyl används som ett funktionellt element, " förklarar Nishino.

Dock, som man kan förvänta sig, att skapa elektroniska komponenter från en enda molekyl är ingen lätt uppgift. Funktionella enheter som består av en enda molekyl är svåra att tillverka. Vidare, de korsningar (punkter för "elektrisk kontakt") som involverar dem har kort livslängd vilket gör deras tillämpning svår. Baserat på tidigare verk, forskargruppen drog slutsatsen att en lång kedja av monomerer (enstaka molekyler) för att bilda polymerer skulle ge bättre resultat än mindre molekyler. För att demonstrera denna idé, de använde en teknik som kallas scanning tunneling microscopy (STM), där en metallspets som slutar i en enda atom används för att mäta extremt små strömmar och deras fluktuationer som uppstår när spetsen skapar en förbindelse med en atom eller atomer vid målytan. Genom STM, laget skapade korsningar som består av spetsen och antingen en polymer som kallas poly (vinylpyridin) eller dess monomer -motsvarighet, kallas 4, 4'-trimetylendipyridin, som kan betraktas som en av komponenterna i polymeren. Genom att mäta de ledande egenskaperna hos dessa korsningar, forskarna försökte bevisa att polymerer kan vara användbara för att tillverka enheter med en enda molekyl.

Dock, att genomföra sina analyser, teamet var först tvungen att ta fram en algoritm som gjorde det möjligt för dem att extrahera kvantiteter som var av intresse för dem från de aktuella signalerna som mättes av STM. Kortfattat, deras algoritm gjorde det möjligt för dem att automatiskt upptäcka och räkna små platåer i den aktuella signalen mätt över tid från spetsen och målytan; platåerna indikerade att en stabil ledande förbindelse skapades mellan spetsen och en enda molekyl på ytan.

Genom att använda detta tillvägagångssätt, forskargruppen analyserade resultaten som erhölls för de korsningar som skapades med polymeren och dess monomer -motsvarighet. De fann att polymeren gav mycket bättre egenskaper som en elektronisk komponent än monomeren. "Sannolikhet för korsningsbildning, en av de viktigaste egenskaperna för framtida praktiska tillämpningar, var mycket högre för polymerövergången, " konstaterar Nishino. Dessutom, livslängden för dessa korsningar visade sig vara högre, och strömmen som flödade genom polymerövergångarna var mer stabil och förutsägbar (med mindre avvikelse) än den för de monomera förbindelserna.

Resultaten från forskargruppen avslöjar potentialen hos polymerer som byggstenar för elektronikminiatyrisering i framtiden. Är de nyckeln för att flytta gränserna för de uppnåbara fysiska gränserna? Förhoppningsvis, tiden får snart utvisa.