Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory et de l'Université de Stanford a rejoint deux molécules de carbone décalées - les diamantoïdes, les cages carrées à gauche, et buckyballs, les formes de ballon de football à droite - pour créer des "buckydiamondoids, " centre. Ces molécules hybrides fonctionnent comme des redresseurs, conduire les électrons dans une seule direction, et pourrait aider à ouvrir la voie aux dispositifs électroniques moléculaires. Crédit :Manoharan Lab/Université de Stanford
Les scientifiques ont marié deux formes non conventionnelles de carbone - l'une en forme de ballon de football, l'autre un petit diamant – pour faire une molécule qui conduit l'électricité dans une seule direction. Ce petit composant électronique, connu sous le nom de redresseur, pourrait jouer un rôle clé dans la réduction des composants de la puce à la taille des molécules pour permettre plus rapidement, appareils plus puissants.
"Nous voulions voir les nouveautés, des propriétés émergentes peuvent apparaître lorsque vous associez ces deux ingrédients pour créer un « buckydiamondoïde, ", a déclaré Hari Manoharan du Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) du SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l'Énergie. les pièces."
L'équipe de recherche, qui comprenait des scientifiques de l'Université de Stanford, La Belgique, Allemagne et Ukraine, a rendu ses résultats le 9 septembre 2014 en Communication Nature .
Deux personnages carbone décalés se rencontrent
De nombreux circuits électroniques ont trois composants de base :un matériau qui conduit les électrons; redresseurs, qui prennent couramment la forme de diodes, diriger ce flux dans une seule direction; et des transistors pour allumer et éteindre le flux. Les scientifiques ont combiné deux ingrédients décalés – les buckyballs et les diamantoïdes – pour créer le nouveau composant de type diode.
Les buckyballs – abréviation de buckminsterfullerenes – sont des sphères creuses en carbone dont la découverte en 1985 a valu à trois scientifiques un prix Nobel de chimie. Les diamantoïdes sont de minuscules cages en carbone liées entre elles comme dans les diamants, mais pesant moins d'un milliardième de milliardième de carat. Les deux font l'objet de nombreuses recherches visant à comprendre leurs propriétés et à trouver des moyens de les utiliser.
En 2007, une équipe dirigée par des chercheurs du SLAC et de Stanford a découvert qu'une seule couche de diamantoïdes sur une surface métallique peut efficacement émettre un faisceau d'électrons. Manoharan et ses collègues se sont demandé :que se passerait-il s'ils associaient un diamantoïde émetteur d'électrons à une autre molécule qui aime capter des électrons ? Les buckyballs ne sont que ce genre de molécule qui capte les électrons.
Une image réalisée avec un microscope à effet tunnel montre des molécules hybrides de buckydiamondoïde sur une surface en or. L'extrémité buckyball de chaque molécule est attachée à la surface, avec l'extrémité en diamant qui dépasse ; les deux sont clairement visibles. La zone montrée ici est de 5 nanomètres de côté. Crédit :H. Manoharan et al., Communication Nature
Une très petite vanne pour canaliser le flux d'électrons
Pour cette étude, les diamantoïdes ont été produits dans le laboratoire SLAC des chercheurs du SIMES Jeremy Dahl et Robert Carlson, qui sont des experts mondiaux dans l'extraction des minuscules diamants du pétrole. Ils ont ensuite été expédiés en Allemagne, où les chimistes de l'université Justus-Liebig ont découvert comment les attacher aux buckyballs.
Les buckydiamondoïdes résultants, qui ne mesurent que quelques nanomètres de long, ont été testés dans les laboratoires SIMES à Stanford. Une équipe dirigée par l'étudiant diplômé Jason Randel et le chercheur postdoctoral Francis Niestemski a utilisé un microscope à effet tunnel pour créer des images des molécules hybrides et mesurer leur comportement électronique. Ils ont découvert que l'hybride est un excellent redresseur :le courant électrique circulant à travers la molécule était jusqu'à 50 fois plus fort dans une direction, du diamantoïde crachant des électrons au buckyball attrapeur d'électrons, que dans le sens inverse. C'est quelque chose qu'aucun composant ne peut faire seul.
Il s'agit d'une illustration d'une molécule de buckydiamondoïde sous un microscope à effet tunnel (STM). La pointe métallique pointue du STM se termine par un seul atome; lorsqu'il balaye un échantillon, tunnel d'électrons de la pointe dans l'échantillon. Dans cette étude, la STM a réalisé des images des buckydiamondoïdes et a sondé leurs propriétés électroniques. Crédit :SLAC National Accelerator Laboratory
Bien qu'il ne s'agisse pas du premier redresseur moléculaire jamais inventé, c'est le premier composé uniquement de carbone et d'hydrogène, une simplicité que les chercheurs trouvent séduisante, dit Manoharan, qui est professeur agrégé de physique à Stanford. L'étape suivante, il a dit, est de voir si les transistors peuvent être construits à partir des mêmes ingrédients de base.
"Les buckyballs sont faciles à fabriquer - ils peuvent être isolés de la suie - et le type de diamantoïde que nous avons utilisé ici, qui se compose de deux minuscules cages, peut être acheté dans le commerce, " dit-il. " Et maintenant que nos collègues en Allemagne ont compris comment les lier ensemble, d'autres peuvent suivre la recette. Ainsi, alors que notre recherche visait à obtenir des informations fondamentales sur une nouvelle molécule hybride, cela pourrait conduire à des avancées qui contribueraient à faire de l'électronique moléculaire une réalité."
