La conductividad del grafeno lo ha convertido en un objetivo para muchos investigadores que buscan explotarlo para crear dispositivos a escala molecular y ahora un equipo de investigación liderado conjuntamente por la Universidad de Warwick y EMPA ha encontrado una forma de superar un frustrante problema de estabilidad y reproducibilidad que significaba que las uniones basadas en grafeno eran mecánicamente estables o eléctricamente estables, pero no ambas al mismo tiempo.

El grafeno y las moléculas similares al grafeno son una opción atractiva como componente electrónico en dispositivos moleculares, pero hasta ahora ha resultado muy difícil usarlos en la producción a gran escala de dispositivos moleculares que funcionarán y serán robustos a temperatura ambiente. En un esfuerzo conjunto de equipos de investigación de la Universidad de Warwick, EMPA y las universidades de Lancaster y Berna han alcanzado estabilidad tanto eléctrica como mecánica en uniones basadas en grafeno millones de veces más pequeñas que el diámetro del cabello humano. Hoy han publicado sus hallazgos en un artículo titulado "Dispositivos moleculares robustos basados ​​en grafeno" en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

Las estructuras mecánicamente estables simples, como las moléculas similares al grafeno, son fáciles de producir mediante síntesis química, pero a esta escala muy pequeña, están sujetas a un rango de límites cuando se colocan en una unión para formar un dispositivo electrónico, como las variaciones en la interfaz del electrodo de la molécula. Los investigadores superan estos límites al separar los requisitos de estabilidad mecánica y electrónica a nivel molecular.

Produjeron una estructura eléctricamente efectiva al construir una pila de moléculas similares al grafeno para formar un camino de electrones a través de los orbitales P de moléculas similares al grafeno (estas son nubes de electrones en forma de mancuerna dentro de las cuales se puede encontrar un electrón, dentro de un cierto grado de probabilidad) Esto abriría nuevas vías para utilizar fascinantes propiedades moleculares como la interferencia cuántica que se produce a una escala tan pequeña siempre que se logren estructuras suficientemente robustas mecánicamente. Para esto, el equipo de investigación también creó enlaces entre cada molécula y un sustrato de óxido de silicio. Esto le dio a la estructura una estabilidad mecánica significativa al anclar eficazmente la pila de moléculas similares al grafeno al sustrato mediante una reacción de silanización. Esto se ilustra en el diagrama simplificado que acompaña a este comunicado de prensa.

El Dr. Hatef Sadeghi de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Warwick, quien dirigió el modelado teórico de este trabajo, dijo:

"Este método nos permitió diseñar y producir dispositivos moleculares basados ​​en grafeno que son electrónica y mecánicamente estables en un amplio rango de temperatura. Esto se logró desacoplando el anclaje mecánico de las vías electrónicas mediante la combinación de una unión covalente de las moléculas al sustrato y grandes grupos de cabezas conjugadas en π.

"Las uniones eran reproducibles en varios dispositivos y operaban desde 20 Kelvin hasta temperatura ambiente. Nuestro enfoque representa una estrategia simple pero poderosa para la futura integración de funciones basadas en moléculas en dispositivos nanoelectrónicos estables y controlables".