Een device van één enkel molecuul in je mobieltje

Moleculen hebben doorgaans afmetingen van enkele nanometers. Dit is dan ook de ultieme limiet voor het verkleinen van de huidige elektronische componenten, zoals dioden, transistoren en zogenoemde resonant tunneling devices. De elektronica die werkt bij radiofrequenties in mobiele telefoons en WiFi, is aangewezen op het gebruik van deze componenten, die een negatieve differentiële geleiding vertonen.  Dat 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 elektroden 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. De onderzoeksresultaten verschenen online in Nature Nanotechnology:

Large negative differential conductance in single-molecule break junctions, Nature Nanotechnology (2014), DOI: 10.1038/nnano.2014.177

Negatieve differentiele geleiding.png –

Molecuul tussen twee goud-elektrodes.gif –