Científicos de la Universidad de Konstanz y Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) están trabajando para almacenar y procesar información a nivel de moléculas individuales para crear los componentes más pequeños posibles que se combinarán de forma autónoma para formar un circuito. Como se informó recientemente en la revista académica Ciencia avanzada , los investigadores pueden activar el flujo de corriente a través de una sola molécula por primera vez con la ayuda de la luz.

Dr. Artur Erbe, físico en el HZDR, está convencido de que, en el futuro, la electrónica molecular abrirá la puerta a componentes o sensores novedosos y cada vez más pequeños, pero también más eficientes desde el punto de vista energético:"Las moléculas individuales son actualmente los componentes imaginables más pequeños capaces de integrarse en un procesador". Los científicos aún tienen que tener éxito en adaptar una molécula para que pueda conducir una corriente eléctrica y que esta corriente pueda encenderse y apagarse selectivamente como un interruptor eléctrico.

Esto requiere una molécula en la que un enlace fuerte entre átomos individuales se disuelva en un lugar y se forme de nuevo precisamente cuando se bombea energía a la estructura. Dr. Jannic Wolf, químico de la Universidad de Konstanz, descubrió a través de experimentos complejos que un compuesto de diarileteno en particular es un candidato elegible. Las ventajas de esta molécula, aproximadamente tres nanómetros de tamaño, son que gira muy poco cuando se abre un punto de su estructura y posee dos nanocables que pueden utilizarse como contactos. El diarileteno es un aislante cuando está abierto y se convierte en conductor cuando está cerrado. Por lo tanto, exhibe un comportamiento físico diferente, un comportamiento que los científicos de Konstanz y Dresden pudieron demostrar con certeza en numerosas mediciones reproducibles por primera vez en una sola molécula.

Una computadora de un tubo de ensayo

Una característica especial de estos componentes electrónicos moleculares es que tienen lugar en un fluido dentro de un tubo de ensayo, donde las moléculas entran en contacto dentro de la solución. Para determinar qué efectos tienen las condiciones de la solución en el proceso de conmutación, por tanto, era necesario probar sistemáticamente varios disolventes. El diarileteno debe estar conectado al final de los nanocables a los electrodos para que la corriente pueda fluir. "Desarrollamos una nanotecnología en el HZDR que se basa en puntas extremadamente delgadas hechas de muy pocos átomos de oro. Estiramos el compuesto de diarileteno intercambiable entre ellos, "explica el Dr. Erbe.

Cuando un rayo de luz golpea la molécula, cambia de su estado abierto a su estado cerrado, resultando en una corriente que fluye. "Por primera vez en la historia, pudimos encender una sola molécula en contacto y demostrar que esta molécula precisa se convierte en un conductor en el que hemos utilizado el haz de luz, "dice el Dr. Erbe, satisfecho con los resultados. "También hemos caracterizado el mecanismo de conmutación molecular con un detalle extremadamente alto, por eso creo que hemos logrado dar un paso importante hacia un componente electrónico molecular genuino ".

Apagando, sin embargo, aún no funciona con el diarileteno contactado, pero el físico confía:"Nuestros colegas del grupo de teoría HZDR están calculando con qué precisión debe rotar la molécula para que se interrumpa la corriente. Junto con los químicos de Konstanz, podremos implementar en consecuencia el diseño y la síntesis de la molécula ". Se requiere mucha paciencia porque es una cuestión de investigación básica. El contacto de la molécula de diarileteno mediante litografía por haz de electrones y las mediciones posteriores por sí solas duraron tres largos años. Aproximadamente hace diez años, un grupo de trabajo de la Universidad de Groningen en los Países Bajos ya había logrado construir un interruptor que podría interrumpir la corriente. El interruptor de apagado también funcionó solo en una dirección, pero lo que no se pudo probar con certeza en ese momento fue que el cambio de conductividad estaba ligado a una sola molécula.

Un área de enfoque de la investigación en Dresde es lo que se conoce como autoorganización. "Las moléculas de ADN son, por ejemplo, capaces de organizarse en estructuras sin ninguna ayuda externa. Si logramos construir interruptores lógicos a partir de moléculas autoorganizadas, entonces las computadoras del futuro vendrán de tubos de ensayo, "El Dr. Erbe profetiza. Las enormes ventajas de esta nueva tecnología son obvias:las plantas de fabricación de miles de millones de euros que son necesarias para fabricar la microelectrónica actual podrían ser cosa del pasado. Las ventajas residen no solo en la producción, sino también en el funcionamiento de la nueva tecnología molecular. componentes, ya que ambos requerirán muy poca energía.