Een device van één enkel molecuul voor je mobieltje

Onderzoekers van de TU Delft, de Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM hebben een molecuul ontworpen dat als nuttige bouwsteen kan fungeren in elektronische circuits met nanometer-afmetingen. Het molecuul functioneert als een resonant tunneling device, een essentiële component in onder meer mobiele telefoons en bij WiFi. In conventionele halfgeleidertechnologie hebben deze componenten een gecompliceerd design bestaande uit verschillende laagjes van verschillende materialen. Het is voor het eerst dat zo’n device gerealiseerd is op de kleinst denkbare schaal. Hiermee is het een interessante optie voor de voortgaande miniaturisering van elektronische componenten door de conventionele industrie. De onderzoeksresultaten verschenen deze week online in Nature Nanotechnology.

Moleculen hebben doorgaans afmetingen van enkele nanometers. Dit is dan ook de ultieme limiet voor het verkleinen van de huidige elektronische componenten, zoals diodes, transistors, en zogenoemde resonant tunneling devices. De elektronica die werkt bij radiofrequenties in mobiele telefoons en WiFi, is aangewezen op het gebruik van deze resonant tunneling devices. Deze componenten vertonen een negatieve differentiële geleiding, wat betekent dat een toename van de aangebrachte spanning resulteert in een afname van de elektrische stroom die er doorheen loopt. Dit effect kan worden gebruikt om elektrische signalen te versterken.

Trekken

Deze negatieve differentiële geleiding die de researchteams in Delft en Groningen nu hebben gemeten in één enkel molecuul, was zeer prominent aanwezig en in te stellen door het molecuul mechanisch te manipuleren. De mate van buiging van het molecuul kon worden gevarieerd door er aan te trekken. Dit is gedaan door de afstand te variëren tussen de twee elektrodes waaraan het molecuul vastzit.

Ontwerpregels

Uit de observaties zijn nieuwe ontwerpregels afgeleid voor de implementatie van complexe elektronische functionaliteiten in individuele moleculen. Daardoor konden de onderzoekers aantonen dat ze beschikten over het kleinste resonant tunneling device met een aanzienlijke negatieve differentiële geleiding. Verder effenen de resultaten de weg voor het ontwerp van een efficiënte gelijkrichter (diode) uit een enkel molecuul (die wisselstroom omzet in gelijkstroom). Deze kan naar verwachting worden gebouwd op hetzelfde principe van resonant tunneling.

Dit onderzoek werd uitgevoerd met de financiële ondersteuning van FOM, NWO/OCW en het Europese FP7-kaderprogramma.

Meer informatie

Contact: Kees Hummelen

Publicatie: Large negative differential conductance in single-molecule break junctions