Les physiciens du NUS ont découvert que des interactions électron-électron complexes modifient les niveaux d'énergie aux interfaces molécule-métal, affectant les performances des dispositifs électroniques moléculaires.

L'électronique moléculaire implique l'utilisation de molécules comme bloc de construction principal pour créer les circuits électroniques. Il peut potentiellement être utilisé pour développer des circuits beaucoup plus petits que ceux fabriqués à partir de procédés conventionnels au silicium. Comprendre les propriétés électroniques de l'interface entre les molécules et les conducteurs métalliques, en particulier leurs niveaux d'énergie associés, est important pour rationaliser et optimiser les performances des appareils. Ceci est au cœur du développement de l'électronique moléculaire.

Une propriété fondamentale de chaque molécule est son écart énergétique, défini comme la différence d'énergie entre le niveau d'énergie orbital le plus élevé et le plus bas occupé et inoccupé par des électrons respectivement. Ces niveaux sont également les niveaux d'énergie les plus importants pour les performances de l'appareil. L'écart énergétique d'une molécule devient plus petit lorsque la molécule est rapprochée d'une surface métallique; cela facilitera le déplacement des porteurs de charge entre la molécule et le contact métallique. Ce changement d'écart est principalement causé par les effets d'écran électronique de la surface métallique, et peut atteindre plusieurs électrons-volts. Cependant, cet effet de filtrage électronique est absent de la majorité des études théoriques sur ce sujet.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Su Ying QUEK, du Département de physique, NUS a élucidé les propriétés de la structure électronique de l'interface pour un certain nombre de molécules différentes sur des surfaces d'or en utilisant des méthodes théoriques et informatiques de pointe qui prennent explicitement en compte les effets de filtrage électronique à partir des premiers principes. Les chercheurs ont effectué des calculs sur des systèmes moléculaires ancrés par des groupes fonctionnels chimiques communs (amine, groupes pyridine et thiolate). L'équipe de recherche a découvert que pour une seule molécule, l'effet d'écran électronique peut être prédit avec précision à partir d'un modèle de charge d'image, même en présence de liaisons chimiques. Le modèle de charge d'image est une méthode électrostatique classique qui se rapproche du criblage électronique d'une charge de test par une charge d'image dans le métal. Cependant, dans des dispositifs avec de nombreuses molécules, les chercheurs ont découvert d'importants mécanismes de dépistage électronique supplémentaires. Outre les effets de dépistage intermoléculaire, les interactions intermoléculaires médiées par le substrat contribuent également à ces mécanismes de criblage supplémentaires. Les résultats suggèrent que les porteurs de charge peuvent tunneler plus facilement à travers l'interface dans les dispositifs avec de nombreuses molécules.

Le professeur Quek a dit, "Ce travail fournit des informations précieuses sur les nombreux effets des électrons aux interfaces molécule-métal impliquant des liaisons chimiques. Les résultats et les découvertes de cette recherche constituent une étape importante vers la compréhension et la manipulation des systèmes organiques fonctionnels dans le développement de dispositifs moléculaires."