Des scientifiques de l'Université de Constance et du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) travaillent sur le stockage et le traitement des informations au niveau des molécules individuelles pour créer les composants les plus petits possibles qui se combineront de manière autonome pour former un circuit. Comme indiqué récemment dans la revue académique Sciences avancées , les chercheurs peuvent pour la première fois activer le flux de courant à travers une seule molécule à l'aide de la lumière.

Dr Artur Erbe, physicien au HZDR, est convaincu qu'à l'avenir, l'électronique moléculaire ouvrira la porte à de nouveaux composants ou capteurs de plus en plus petits – mais aussi plus économes en énergie :« Les molécules uniques sont actuellement les plus petits composants imaginables pouvant être intégrés dans un processeur. » Les scientifiques n'ont pas encore réussi à adapter une molécule pour qu'elle puisse conduire un courant électrique et que ce courant puisse être activé et désactivé de manière sélective comme un interrupteur électrique.

Cela nécessite une molécule dans laquelle une liaison par ailleurs forte entre les atomes individuels se dissout à un endroit - et se forme à nouveau précisément lorsque l'énergie est pompée dans la structure. Dr Jannic Wolf, chimiste à l'Université de Constance, découvert grâce à des expériences complexes qu'un composé diaryléthène particulier est un candidat éligible. Les avantages de cette molécule, environ trois nanomètres, sont qu'il tourne très peu lorsqu'un point de sa structure s'ouvre et qu'il possède deux nanofils qui peuvent servir de contacts. Le diaryléthène est un isolant lorsqu'il est ouvert et devient un conducteur lorsqu'il est fermé. Il présente ainsi un comportement physique différent, un comportement que les scientifiques de Constance et de Dresde ont pu démontrer avec certitude dans de nombreuses mesures reproductibles pour la première fois dans une seule molécule.

Un ordinateur à partir d'un tube à essai

Une particularité de ces électroniques moléculaires est qu'elles se déroulent dans un fluide à l'intérieur d'un tube à essai, où les molécules sont mises en contact dans la solution. Afin de déterminer quels effets les conditions de solution ont sur le processus de commutation, il a donc fallu tester systématiquement différents solvants. Le diaryléthylène doit être attaché à l'extrémité des nanofils aux électrodes afin que le courant puisse circuler. "Nous avons développé une nanotechnologie au HZDR qui repose sur des pointes extrêmement fines composées de très peu d'atomes d'or. Nous étendons le composé de diaryléthène commutable entre elles, " explique le Dr Erbe.

Lorsqu'un faisceau de lumière frappe alors la molécule, il passe de son état ouvert à son état fermé, résultant en un courant circulant. "Pour la première fois, nous avons pu allumer une seule molécule contactée et prouver que cette molécule précise devient un conducteur sur lequel nous avons utilisé le faisceau lumineux, " dit le Dr Erbe, content des résultats. « Nous avons également caractérisé le mécanisme de commutation moléculaire avec un niveau de détail extrêmement élevé, c'est pourquoi je pense que nous avons réussi à faire un pas important vers un véritable composant électronique moléculaire."

Éteindre, cependant, ne fonctionne pas encore avec le diaryléthène contacté, mais le physicien est confiant :« Nos collègues du groupe de théorie HZDR calculent avec quelle précision la molécule doit tourner pour que le courant soit interrompu. En collaboration avec les chimistes de Constance, nous pourrons ainsi mettre en œuvre la conception et la synthèse de la molécule. il faut beaucoup de patience car il s'agit de recherche fondamentale. Le contact de la molécule de diaryléthène par lithographie par faisceau d'électrons et les mesures ultérieures ont duré à eux seuls trois longues années. Il y a une dizaine d'années, un groupe de travail de l'université de Groningen aux Pays-Bas avait déjà réussi à construire un interrupteur qui pourrait interrompre le courant. L'interrupteur ne fonctionnait également que dans un seul sens, mais ce qui ne pouvait pas être prouvé avec certitude à l'époque, c'est que le changement de conductivité était lié à une seule molécule.

L'un des domaines d'intérêt de la recherche à Dresde est ce qu'on appelle l'auto-organisation. "Les molécules d'ADN sont, par exemple, capables de s'organiser en structures sans aucune aide extérieure. Si nous réussissons à construire des commutateurs logiques à partir de molécules auto-organisées, alors les ordinateurs du futur viendront des éprouvettes, " Le Dr Erbe prophétise. Les énormes avantages de cette nouvelle technologie sont évidents :les usines de fabrication d'un milliard d'euros qui sont nécessaires à la fabrication de la microélectronique d'aujourd'hui pourraient appartenir au passé. Les avantages résident non seulement dans la production mais aussi dans l'exploitation de la nouvelle molécule moléculaire. Composants, car ils nécessiteront tous les deux très peu d'énergie.