La miniaturisation croissante de l'électronique se traduira par des composants constitués de quelques molécules seulement, ou même une seule molécule. De minuscules fils sont nécessaires pour les connecter à un circuit électrique au niveau nano. Une équipe de recherche internationale de l'Université de Kiel (CAU) et du Donostia International Physics Center à San Sebastián, Espagne, a mis au point une molécule intégrant un fil d'un diamètre d'un seul atome. Les scientifiques ont découvert que le courant peut être régulé via ce fil moléculaire. Il fonctionne comme un nano-interrupteur d'alimentation, et rend possible l'utilisation de fils moléculaires dans les composants électroniques à l'échelle nanométrique. Les résultats de l'équipe de recherche ont été publiés dans la revue scientifique Lettres d'examen physique .

Le fil produit par les scientifiques de Kiel et de Saint-Sébastien ne fait que deux liaisons atomiques de long et un atome de large. "C'est le fil moléculaire le plus simple imaginable, plus mince et beaucoup plus court n'est pas possible, " a expliqué le physicien de Kiel Torben Jasper-Tönnies, premier auteur de la publication. Afin de mesurer le courant traversant le nano-fil, les deux extrémités doivent être connectées à une électrode métallique - comme avec des circuits plus grands. Mais il n'y a pas de clips métalliques suffisamment petits pour créer des contacts électriques à l'échelle nanométrique. "Le contact électrique de molécules individuelles dans un nano-circuit est un problème qui n'a pas encore été résolu de manière satisfaisante, et est largement discuté dans la communauté des chercheurs, " a expliqué Jasper-Tönnies, qui rédige sa thèse de doctorat dans le groupe de travail du professeur Richard Berndt.

Afin de permettre un contact électrique, les scientifiques ont développé un nouveau fil, constitué d'une seule molécule. "La particularité de notre fil est que nous pouvons l'installer en position verticale sur une surface métallique. Cela signifie que l'un des deux contacts requis est déjà effectivement intégré au fil, " a expliqué Jasper-Tönnies. Pour y parvenir, les chimistes impliqués ont utilisé une approche du Kiel Collaborative Research Center (SFB) 677 "Function by Switching". Dans le réseau de recherche interdisciplinaire, les plateformes moléculaires font partie des domaines d'intérêt. Le fil est attaché à une telle plate-forme. Il présente une conductance élevée, et peut être facilement fixé à une surface métallique comme une ventouse - un contact électrique est réalisé.

Pour le deuxième contact requis, l'équipe de recherche a utilisé un microscope à effet tunnel (STM). Avec une pointe en métal, il "sent" un échantillon, et crée une image de sa surface à l'échelle de quelques nanomètres. Les atomes individuels deviennent ainsi visibles. Dans leurs expériences, les chercheurs de Kiel ont utilisé une pointe métallique particulièrement fine pour la STM, au bout de laquelle n'était qu'un seul atome. De cette façon, ils ont pu créer un contact électrique avec la deuxième extrémité du fil, fermer le circuit, et mesurer le courant. « Par ce contact très précis via un seul atome, nous avons obtenu des données particulièrement bonnes. Nous pouvons reproduire ces contacts, et les valeurs de courant mesurées diffèrent très peu d'un fil à l'autre, " a déclaré Jasper-Tönnies.

Lors de leurs mesures, les chercheurs ont également découvert que des forces de mécanique quantique agissent entre la pointe métallique du STM et le nanofil. Ceux-ci peuvent être utilisés pour plier le fil mécaniquement. Si le fil n'est que légèrement plié, le courant est réduit. Cependant, s'il y a un fort virage, ça augmente. "En pliant le fil, nous avons pu allumer ou éteindre le courant. Bien que notre fil soit si simple, il se comporte de manière très complexe - cela nous a surpris, " a expliqué Jasper-Tönnies.

Les scientifiques pensent que la conductance électrique inhabituelle du nanofil est causée par sa structure moléculaire. Ceci est corroboré par les calculs effectués par le Dr Aran Garcia-Lekue et le professeur Thomas Frederiksen de San Sebastián. En raison des forces de la mécanique quantique, les atomes individuels du fil forment de nouvelles liaisons chimiques avec l'atome à la pointe de la sonde STM. Cela modifie la géométrie de la molécule, et donc ses propriétés. "De petites différences géométriques peuvent en fait avoir un effet énorme. C'est pourquoi il est important de pouvoir définir la géométrie d'une molécule et de la mesurer aussi précisément que possible - et nous y parvenons par le contact précis du nano-fil et via le images STM en résolution atomique, " a déclaré Jasper-Tönnies.