Recientemente, en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, N.J. Tao y sus colaboradores han encontrado una manera de fabricar un componente eléctrico clave a una escala extraordinariamente pequeña. Su diodo de molécula única se describe en la edición en línea de esta semana de Química de la naturaleza .

En el mundo de la electrónica, Los diodos son un componente versátil y ubicuo. Apareciendo en muchas formas y tamaños, se utilizan en una variedad infinita de dispositivos y son ingredientes esenciales para la industria de los semiconductores. Reducir el tamaño de los componentes, incluidos los diodos, más económico, más rápido y más eficiente ha sido el santo grial de un campo de la electrónica en explosión, ahora sondeando el reino a nanoescala.

Un tamaño más pequeño significa un costo más económico y un mejor rendimiento para los dispositivos electrónicos. La CPU de la computadora de primera generación usó algunos miles de transistores, Tao dice que destaca el fuerte avance de la tecnología de silicio. "Ahora incluso simple, las computadoras baratas usan millones de transistores en un solo chip ".

Pero últimamente, la tarea de la miniaturización se ha vuelto mucho más difícil, y el famoso dicho conocido como ley de Moore, que establece que el número de transistores basados ​​en silicio en un chip se duplica cada 18-24 meses, eventualmente alcanzará sus límites físicos. "El tamaño del transistor alcanza unas pocas decenas de nanómetros, solo unas 20 veces más grande que una molécula, "Dice Tao." Esa es una de las razones por las que la gente está entusiasmada con esta idea de la electrónica molecular ".

Los diodos son componentes críticos para una amplia gama de aplicaciones, del equipo de conversión de energía, a las radios, puertas lógicas, fotodetectores y dispositivos emisores de luz. En cada caso, Los diodos son componentes que permiten que la corriente fluya en una dirección alrededor de un circuito eléctrico, pero no en la otra. Para que una molécula realice esta hazaña, Tao explica, debe ser físicamente asimétrico, con un extremo capaz de formar un enlace covalente con el ánodo cargado negativamente y el otro con el terminal positivo del cátodo.

El nuevo estudio compara una molécula simétrica con una asimétrica, detallando el desempeño de cada uno en términos de transporte de electrones. "Si tienes una molécula simétrica, la corriente va en ambos sentidos, muy parecido a una resistencia ordinaria, "Observa Tao. Esto es potencialmente útil, pero el diodo es un componente más importante (y difícil) de replicar (ver figura).

La idea de superar los límites del silicio con un componente electrónico basado en moléculas ha existido por un tiempo. "Los químicos teóricos Mark Ratner y Ari Aviram propusieron el uso de moléculas para la electrónica como diodos en 1974, "Tao dice, y agregó que "personas de todo el mundo han estado tratando de lograr esto durante más de 30 años".

La mayoría de los esfuerzos realizados hasta la fecha han involucrado muchas moléculas, Tao señala, refiriéndose a películas delgadas moleculares. Sólo muy recientemente se han realizado intentos serios para superar los obstáculos a los diseños de una sola molécula. Uno de los desafíos es conectar una sola molécula con al menos dos electrodos que le suministren corriente. Otro desafío implica la orientación adecuada de la molécula en el dispositivo. "Ahora podemos hacer esto:construir un dispositivo de una sola molécula con una orientación bien definida, "Dice Tao.

La técnica desarrollada por el grupo de Tao se basa en una propiedad conocida como modulación AC. "Básicamente, aplicamos una pequeña perturbación mecánica que varía periódicamente a la molécula. Si hay una molécula puenteada a través de dos electrodos, responde de una manera. Si no hay molécula, podemos decir ".

El proyecto interdisciplinario involucró al profesor Luping Yu, en la Universidad de Chicago, quien suministró las moléculas para el estudio, así como colaborador teórico, Profesor Ivan Oleynik de la Universidad del Sur de Florida. El equipo utilizó moléculas conjugadas, en el que los átomos están pegados entre sí alternando enlaces simples y múltiples. Tales moléculas muestran una gran conductividad eléctrica y tienen extremos asimétricos capaces de formar enlaces covalentes espontáneamente con electrodos metálicos para crear un circuito cerrado.

Los resultados del proyecto plantean la posibilidad de construir diodos de una sola molécula, los dispositivos más pequeños que se puedan construir. "Creo que es emocionante porque podemos mirar una sola molécula y jugar con ella, "Dice Tao." Podemos aplicar un voltaje, una fuerza mecánica, o campo óptico, mida la corriente y vea la respuesta. Como la física cuántica controla el comportamiento de moléculas individuales, esta capacidad nos permite estudiar propiedades distintas de las de los dispositivos convencionales ".

Farmacia, físicos, investigadores de materiales, Los expertos en computación y los ingenieros desempeñan un papel central en el campo emergente de la nanoelectrónica. donde un zoológico de moléculas disponibles con diferentes funciones proporciona la materia prima para la innovación. Tao también está examinando las propiedades mecánicas de las moléculas, por ejemplo, su capacidad de oscilar. Las propiedades de unión entre moléculas las convierten en candidatas atractivas para una nueva generación de sensores químicos. "Personalmente, Estoy interesado en la electrónica molecular no por su potencial para duplicar las aplicaciones de silicio actuales, "Tao dice. En cambio, la electrónica molecular se beneficiará de una electrónica única, mecánico, propiedades de unión ópticas y moleculares que los distinguen de los semiconductores convencionales. Esto puede llevar a que las aplicaciones complementen en lugar de reemplazar los dispositivos de silicio.

Fuente:Universidad Estatal de Arizona (noticias:web)