25/05/2018
Door Ad Spijkers
De ontwikkeling van nieuwe elektronica-technologieën vereist een continue miniaturisering van functionele componenten. Nieuwe nanoschakelaars zouden de basis kunnen zijn voor nieuwe soorten componenten die op silicium gebaseerde modules kunnen vervangen door organische moleculen.
Het is een team onderzoekers onder leiding van fysici van de Technische Universität München (TUM) gelukt om speciale moleculen met een opgelegde spanning tussen twee structureel verschillende toestanden op en neer te schakelen. Het schakelen met slechts één molecuul brengt de toekomstige elektronica een stap dichter bij de absolute limiet van de miniaturisering.
Het team ontwikkelde allereerst een methode die het mogelijk maakt moleculen in sterke optische velden doelgericht elektrisch contact te laten maken en met behulp van een aangelegde spanning aan te sturen. Bij een spanning van ongeveer 1 V verandert het molecuul zijn structuur: het wordt vlak, geleidend en verstrooit licht. Dit van de structuur afhankelijke optisch gedrag van het molecuul is interessant voor onderzoekers. Want de verstrooiingsactiviteit – natuurkundig gezien wordt hier de Raman-verstrooiing gebruikt – kan worden waargenomen en tegelijkertijd met behulp van de aangelegde spanning worden in- en uitgeschakeld.
Uitdagende techniek
De onderzoekers gebruiken voor hun schakelaar door een team uit Basel en Karlsruhe zelf gesynthetiseerde moleculen, die doelgericht hun structuur veranderen wanneer ze worden opgeladen. De op een metaaloppervlak gerangschikte moleculen worden met een zeer dunne, met metaal gecoate naald van een glassplinter aangeraakt. Deze geldt tegelijkertijd als elektrisch contact, lichtbron en lichtcollector. De onderzoekers sturen via de glazen naald laserlicht naar het molecuul en meten, afhankelijk van de aangelegde spanning, minuscule spectroscopische signalen.
Afzonderlijke moleculen elektrisch contact laten maken is een extreme technische uitdaging. De wetenschappers konden deze methode alleen met succes met behulp van afzonderlijke molecuulspectroscopie combineren. Op deze manier kunnen de kleinste structuurveranderingen in moleculen nauwkeurig worden waargenomen.
Concurrentie voor silicium
Een van de doel van de moleculaire elektronica is, nieuwe soorten elektronische modules te ontwikkelen om conventionele, op silicium bestaande componenten te vervangen door geïntegreerde en direct aan te sturen moleculen. Op grond van zijn minuscule afmetingen is dit nanosysteem geschikt voor toepassingen in de opto-elektronica, waarbij licht met elektrische spanningen moet worden geschakeld.
(foto: Yuxiang Gong / TUM / Journal of the American Chemical Society)