Forskare vid Osaka University syntetiserade tvinnade molekylära ledningar bara en molekyl tjocka som kan leda elektricitet med mindre motstånd jämfört med tidigare enheter. Detta arbete kan leda till kolbaserade elektroniska enheter som kräver färre giftiga material eller hårda bearbetningsmetoder.

Organiska ledare, som är kolbaserade material som kan leda elektricitet, är en ny spännande teknik. Jämfört med konventionell silikonelektronik, organiska ledare kan syntetiseras lättare, och kan till och med göras till molekylära trådar. Dock, dessa strukturer lider av minskad elektrisk ledningsförmåga, vilket hindrar dem från att användas i konsumentenheter. Nu, ett team av forskare från Institutet för vetenskaplig och industriell forskning och Graduate School of Engineering Science vid Osaka University har utvecklat en ny sorts molekylär tråd gjord av oligotiofenmolekyler med periodiska vridningar som kan leda elektrisk ström med mindre motstånd.

Molekylära trådar är sammansatta av flera nanometerska långa molekyler som har omväxlande enkel- och dubbelkemiska bindningar. Orbitaler, som är tillstånd som elektroner kan ockupera runt en atom eller molekyl, kan lokaliseras eller utökas i rymden. I detta fall, pi-orbitalerna från enskilda atomer överlappar varandra och bildar stora "öar" som elektroner kan hoppa mellan. Eftersom elektroner kan hoppa mest effektivt mellan nivåer som är nära energi, fluktuationer i polymerkedjan kan skapa energibarriärer. "Aktors rörlighet, och därmed den totala ledningsförmågan hos molekyltråden, kan förbättras om laddningsrörligheten kan förbättras genom att undertrycka sådana fluktuationer, ", säger första författaren Yutaka Ie.

Överlappningen av pi-orbitaler är mycket känslig för molekylens rotation. Intilliggande segment av molekylen som är inriktade i samma plan bildar ett stort hoppställe. Genom att avsiktligt lägga till vridningar i kedjan, molekylen är uppdelad i nanometerstora platser, men eftersom de är nära i energi, elektronerna kan lätt hoppa mellan dem. Detta åstadkoms genom att infoga en 3, 3'-dihexyl-2, 2'-bitiofenenhet efter varje sträcka av 6 eller 8 oligotiofenenheter.

Teamet fann att övergripande, att skapa mindre öar som är närmare energimässigt maximerade konduktiviteten. De mätte också hur temperaturen påverkar konduktiviteten, och visade att det verkligen var baserat på elektronhoppning. "Vårt arbete är tillämpligt på enmolekylära trådar, såväl som organisk elektronik i allmänhet, ", säger seniorförfattaren Yoshikazu Tada. Denna forskning kan leda till förbättringar i konduktivitet som gör att nanotrådar kan integreras i ett brett utbud av elektronik, som surfplattor eller datorer.