Illustration de la jonction d'ADN intercalée coralyne utilisée pour créer une diode à molécule unique, qui peut être utilisé comme élément actif dans les futurs circuits nanométriques. Crédit :U. Georgia/Ben-Gurion U.
La plus petite diode du monde, la taille d'une seule molécule, a été développé en collaboration par des chercheurs américains et israéliens de l'Université de Géorgie et de l'Université Ben Gourion du Néguev (BGU).
Leur étude sera publiée en ligne dans Chimie de la nature le 4 avril, 2016.
« Créer et caractériser la plus petite diode au monde est une étape importante dans le développement de dispositifs électroniques moléculaires, " explique le Dr Yoni Dubi, chercheur au département de chimie du BGU et à l'institut Ilse Katz pour la science et la technologie à l'échelle nanométrique. "Cela nous donne de nouvelles perspectives sur le mécanisme de transport électronique."
La demande continue pour plus de puissance de calcul repousse les limites des méthodes actuelles. Ce besoin pousse les chercheurs à rechercher des molécules aux propriétés intéressantes et à trouver des moyens d'établir des contacts fiables entre les composants moléculaires et les matériaux en vrac dans une électrode, afin d'imiter les éléments électroniques conventionnels à l'échelle moléculaire.
Un exemple d'un tel élément est la diode nanométrique (ou redresseur moléculaire), qui fonctionne comme une vanne pour faciliter la circulation du courant électronique dans une direction. Une collection de ces diodes nanométriques, ou des molécules, a des propriétés qui ressemblent à des composants électroniques traditionnels tels qu'un fil, transistor ou redresseur. Le domaine émergent de l'électronique à molécule unique peut fournir un moyen de surmonter la loi de Moore - l'observation qu'au cours de l'histoire du matériel informatique, le nombre de transistors dans un circuit intégré dense a doublé environ tous les deux ans - au-delà des limites des circuits intégrés conventionnels en silicium.
Le groupe du professeur Bingqian Xu du College of Engineering de l'Université de Géorgie a pris une seule molécule d'ADN construite à partir de 11 paires de bases et l'a connectée à un circuit électronique de quelques nanomètres seulement. Quand ils ont mesuré le courant à travers la molécule, il n'a montré aucun comportement particulier. Cependant, lorsque les couches d'une molécule appelée "coralyne, " ont été insérés (ou intercalés) entre des couches d'ADN, le comportement du circuit a radicalement changé. Le courant est passé à des tensions négatives par rapport aux tensions positives 15 fois plus élevées, une caractéristique nécessaire pour une nanodiode. "En résumé, nous avons construit un redresseur moléculaire en intercalant des spécificités, petites molécules en brins d'ADN conçus, " explique le Pr Xu.
Dr Dubi et son élève, Elinor Zerah-Harush, construit un modèle théorique de la molécule d'ADN à l'intérieur du circuit électrique pour mieux comprendre les résultats de l'expérience. "Le modèle nous a permis d'identifier la source de la caractéristique de type diode, qui provient de la rupture de la symétrie spatiale à l'intérieur de la molécule d'ADN après l'insertion de la coralyne. »
