La demande des consommateurs pousse continuellement l'industrie électronique à concevoir des appareils plus petits. Les chercheurs d'A*STAR ont maintenant utilisé un modèle théorique pour évaluer le potentiel des fils électriques fabriqués à partir de chaînes polymères qui pourraient aider à la miniaturisation.

Alors que les circuits intégrés au silicium conventionnels atteignent leur limite de taille inférieure, de nouveaux concepts sont nécessaires, tels que l'électronique moléculaire, l'utilisation de composants électroniques composés de blocs de construction moléculaires. Shuo-Wang Yang à A*STAR Institute of High Performance Computing avec ses collègues et collaborateurs, utilisent la modélisation informatique pour concevoir des fils électriques constitués de chaînes polymères.

"C'est un objectif de longue date de fabriquer des fils moléculaires conducteurs sur des substrats semi-conducteurs ou isolants traditionnels pour répondre à la demande continue de miniaturisation dans les appareils électroniques, " explique Yang.

Les progrès ont été retardés dans l'identification de molécules qui conduisent à la fois l'électricité et se lient aux substrats. "Les structures avec des groupes fonctionnels qui facilitent une forte adsorption de surface présentent généralement une mauvaise conductivité électrique, parce que les porteurs de charge ont tendance à se localiser dans ces groupes, " il ajoute.

L'équipe de Yang a appliqué la théorie fonctionnelle de la densité à une approche en deux étapes pour synthétiser des chaînes polymères linéaires sur une surface de silicium1, 2. "Cette théorie est la meilleure méthode de simulation pour découvrir le mécanisme derrière les réactions chimiques aux niveaux atomique et électronique. Elle peut être utilisée pour prédire les voies de réaction pour guider les chercheurs, " dit Yang.

La première étape est la croissance auto-assemblée de monomères uniques sur la surface du silicium. L'équipe de Yang a étudié plusieurs monomères potentiels, notamment, plus récemment, un alcène1 substitué par un thiophène et un cycle benzénique symétrique avec trois alcynes attachés2. La deuxième étape est la polymérisation des monomères captifs en ajoutant un radical au système.

D'après les calculs, ces polymères captifs sont des semi-conducteurs à l'état naturel. "Nous avons introduit des trous, tels que les défauts atomiques, aux fils pour décaler les niveaux de Fermi et les rendre conducteurs, ", explique Yang.

L'équipe a ensuite étudié les structures de bandes d'électrons de chaque composant avant et après l'attache et la polymérisation; trouver peu de transfert de charge entre les fils moléculaires et les surfaces de silicium. « Les polymères greffés en surface et les substrats sous-jacents semblent indépendants les uns des autres, qui est un modèle idéal d'un fil moléculaire conducteur sur un substrat semi-conducteur traditionnel, " dit Yang.

"Notre découverte fournit un guide théorique pour la fabrication de fils moléculaires idéaux sur des surfaces semi-conductrices traditionnelles, " ajoute-t-il. L'équipe prévoit d'étendre ses travaux pour étudier des analogues 2D de ces chaînes polymères 1D qui pourraient fonctionner comme une couche métallique dans des dispositifs électroniques moléculaires.