Images et cartes de polarisabilité acquises simultanément de quatre familles différentes de molécules, y compris les commutateurs à molécule unique (panneaux inférieurs), qui peut être à la fois manipulé et imagé à l'aide du microscope à effet tunnel (STM).
(PhysOrg.com) -- À mesure que l'électronique devient de plus en plus petite, le besoin de comprendre les phénomènes à l'échelle nanométrique devient de plus en plus grand. Parce que les matériaux présentent des propriétés différentes à l'échelle nanométrique qu'à plus grande échelle, de nouvelles techniques sont nécessaires pour comprendre et exploiter ces nouveaux phénomènes. Une équipe de chercheurs dirigée par Paul Weiss, Chaire Fred Kavli de l'UCLA en sciences des nanosystèmes, a développé un outil pour étudier les interactions à l'échelle nanométrique. Leur dispositif est une sonde à double effet tunnel et micro-ondes capable de mesurer les interactions entre des molécules individuelles et les surfaces auxquelles les molécules sont attachées.
"Notre sonde peut générer des données sur le physique, chimique, et les interactions électroniques entre des molécules simples et des substrats, les contacts auxquels ils sont attachés. Tout comme dans les dispositifs à semi-conducteurs, les contacts sont essentiels ici, " remarqua Weiss, qui dirige le California NanoSystems Institute de l'UCLA et est également un éminent professeur de chimie et de biochimie et de science et ingénierie des matériaux.
L'équipe, qui comprend également le chimiste théoricien Mark Ratner de la Northwestern University et le chimiste synthétique James Tour de la Rice University, ont publié leurs résultats dans la revue à comité de lecture ACS Nano .
Depuis 50 ans, l'industrie électronique s'est efforcée de suivre la loi de Moore, la prédiction faite par Gordon E. Moore en 1965 que la taille des transistors dans les circuits intégrés diminuerait de moitié environ tous les deux ans. Le modèle de diminution constante de la taille de l'électronique approche du point où les transistors devront être construits à l'échelle nanométrique pour suivre le rythme. Cependant, les chercheurs ont rencontré des obstacles dans la création de dispositifs à l'échelle nanométrique en raison de la difficulté d'observer des phénomènes à des tailles aussi infimes.
Les connexions entre les composants sont un élément vital de l'électronique à l'échelle nanométrique. Dans le cas des dispositifs moléculaires, la polarisabilité mesure dans quelle mesure les électrons du contact interagissent avec ceux de la molécule unique. Deux aspects clés des mesures de polarisabilité sont la capacité d'effectuer la mesure sur une surface avec une résolution subnanométrique, et la capacité de comprendre et de contrôler les commutateurs moléculaires à la fois dans les états marche et arrêt.
Pour mesurer la polarisabilité de molécules uniques, l'équipe de recherche a développé une sonde capable de mesurer simultanément la microscopie à effet tunnel (STM) et les mesures de fréquence de différence de micro-ondes (MDF). Avec les capacités MDF de la sonde, l'équipe a pu localiser des commutateurs à molécule unique sur des substrats, même lorsque les commutateurs étaient à l'état éteint, une capacité clé manquant dans les techniques précédentes. Une fois que l'équipe a localisé les commutateurs, ils pourraient utiliser le STM pour activer ou désactiver l'état et mesurer les interactions dans chaque état entre les commutateurs à molécule unique et le substrat.
Les nouvelles informations fournies par la sonde de l'équipe se concentrent sur les limites de l'électronique, plutôt que de cibler les appareils pour la production. Aussi, parce que la sonde est capable d'effectuer une grande variété de mesures - y compris physiques, chimique et électronique — il pourrait permettre aux chercheurs d'identifier des structures sous-moléculaires dans des biomolécules et des assemblages complexes.
