Les scientifiques sont confrontés à un certain nombre d'obstacles lorsqu'ils tentent de développer des circuits de taille microscopique, y compris comment contrôler de manière fiable le courant qui circule dans un circuit de la largeur d'une seule molécule.

Alexandre Chestopalov, professeur assistant de génie chimique à l'Université de Rochester, a fait exactement cela, nous rapprochant ainsi un peu plus des circuits à l'échelle nanométrique.

"Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont été incapables de diriger de manière fiable une charge d'une molécule à une autre, ", a déclaré Shestopalov. "Mais c'est exactement ce que nous devons faire lorsque nous travaillons avec des circuits électroniques d'une ou deux molécules d'épaisseur."

Shestopalov a travaillé avec une OLED (diode électroluminescente organique) alimentée par un microscopique, circuit simple dans lequel il a connecté une mince feuille de matière organique à une molécule entre les électrodes positives et négatives. Des publications de recherche récentes ont montré qu'il est difficile de contrôler le courant traversant le circuit d'une électrode à l'autre dans un circuit aussi mince. Comme l'explique Shestopalov dans un article publié dans la revue Interfaces de matériaux avancées , la clé en ajoutait une seconde, couche inerte de molécules.

La couche inerte ou non réactive est constituée d'une chaîne droite de molécules organiques. Au-dessus, une couche de molécules aromatiques (ou en forme d'anneau) agit comme un fil conducteur de la charge électronique. La couche inerte, en effet, agit comme le boîtier en plastique sur les fils électriques en isolant et en séparant les fils sous tension de l'environnement environnant. Étant donné que la couche inférieure n'est pas capable de réagir avec la couche superposée, les propriétés électroniques du composant sont déterminées uniquement au sein de la couche supérieure.

L'arrangement bicouche a également donné à Shestopalov la possibilité d'affiner son contrôle du transfert de charge. En changeant les groupes fonctionnels - unités d'atomes qui remplacent l'hydrogène dans les molécules et déterminent la réactivité chimique caractéristique d'une molécule - il pourrait affecter plus précisément la vitesse à laquelle le courant se déplaçait entre les électrodes et la couche supérieure de molécules organiques.

Dans les appareils électroniques moléculaires, certains groupes fonctionnels accélèrent le transfert de charge, tandis que d'autres le ralentissent. En incorporant la couche inerte de molécules, Shestopalov a pu réduire toute interférence avec la couche supérieure et, par conséquent, obtenir le transfert de charge précis nécessaire dans un appareil en changeant le groupe fonctionnel.

Par exemple, un OLED peut avoir besoin d'un transfert de charge plus rapide pour maintenir une luminescence spécifique, tandis qu'un dispositif d'injection biomédicale peut nécessiter une vitesse plus lente pour des procédures délicates ou variables.

Alors que Shestopalov a surmonté un obstacle important, il reste encore beaucoup de travail à faire avant que les dispositifs électroniques moléculaires bicouches deviennent pratiques. Le prochain obstacle est la durabilité.

« Le système que nous avons développé se dégrade rapidement à haute température, " a déclaré Shestopalov. " Ce dont nous avons besoin, ce sont des appareils qui durent des années, et cela prendra du temps à accomplir.