Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio crearon los primeros dispositivos de nanocables moleculares orgánicos térmicamente estables utilizando una única molécula de 4,5 nm de largo colocada dentro de electrodos nanogap chapados en oro sin electrodos.

Los métodos y materiales tradicionales utilizados para la fabricación de circuitos integrados modernos están cerca de alcanzar (o probablemente ya hayan alcanzado) sus limitaciones físicas finales con respecto al tamaño del producto final. En otras palabras, una mayor miniaturización de dispositivos electrónicos es casi imposible sin profundizar en otros tipos de materiales y tecnología, tales como dispositivos electrónicos moleculares orgánicos. Sin embargo, esta clase de dispositivos generalmente funciona correctamente solo a temperaturas extremadamente bajas debido a las fluctuaciones térmicas tanto de las moléculas orgánicas como de los electrodos metálicos.

Aunque es especial sin electrodos, electrodos nanogap chapados en oro, llamados electrodos ELGP, han demostrado una estabilidad térmica excepcional en su espacio, Deben desarrollarse nuevas clases de alambres moleculares para abordar los problemas de miniaturización y disipación de calor. Debido a esto, un equipo de científicos, incluido el profesor Yutaka Majima del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), centrado en una molécula de 4,5 nm de longitud llamada oligo- (fenilenvinileno) con puente de carbono disulfanilo, o COPV6 (SH) ₂ para abreviar.

Esta molécula, mostrado en la Fig.1 (a), tiene un rígido, sistema pi-conjugado en forma de varilla, que está aislada electrónica y espacialmente de su entorno por cuatro grupos 4-octilfenilo. La molécula tiene dos terminales sulfhidrilo, que puede o no unirse químicamente con las superficies de oro opuestas de un nanogap ELGP, mostrado en la Fig. 1 (b). Curiosamente, el equipo de investigación encontró que cuando la COPV6 (SH) ₂ La molécula se une a las superficies de oro de una manera específica, llamado SAuSH, como se muestra en la Fig.1 (c), el dispositivo resultante muestra el comportamiento característico de los dispositivos de túnel de electrones resonantes coherentes, que tienen una variedad de aplicaciones potenciales en los campos de la electrónica y la nanotecnología.

Más importante, el dispositivo resultante era térmicamente estable, mostrando curvas similares de corriente frente a voltaje tanto a 9 como a 300 K. Esto no se había logrado antes de usar alambres moleculares orgánicos flexibles. Sin embargo, como se muestra en la Fig.1 (c), Hay varias formas en las que la COPV6 (SH) ₂ molécula puede unirse al nanogap ELGP, y el equipo actualmente no tiene forma de controlar el tipo de dispositivo que obtendrán.

A pesar de eso, midieron las características eléctricas de los dispositivos que obtuvieron para explicar en detalle los mecanismos cuánticos subyacentes que determinan su comportamiento. Además, Verificaron sus hallazgos con valores derivados teóricamente y, al hacer esto, reforzaron aún más sus conocimientos sobre el principio de funcionamiento del dispositivo SAuSH y las otras configuraciones posibles.

El próximo desafío es obtener un mejor rendimiento del dispositivo SAuSH, porque su rendimiento fue inferior al 1 por ciento. El equipo cree que la rigidez y el alto peso molecular de la molécula, así como la estabilidad de los electrodos ELGP, sería responsable de la alta estabilidad del dispositivo resultante y su bajo rendimiento. Dadas las muchas variaciones posibles de la clase de moléculas COPVn y las diversas configuraciones de nanogap de ELGP, el problema del rendimiento puede resolverse mediante ajustes en los métodos y las características de las moléculas y los huecos utilizados. Los datos informados en este trabajo proporcionarán una base para futuras investigaciones electrónicas a escala molecular.