Crédit : Institut de physique de Leiden
Un groupe international de scientifiques de Leyde, Delft, Bern and Chuo a développé la première diode moléculaire commutable, qui peut être allumé et éteint par l'humidité. Il fonctionne également comme un capteur d'humidité à l'échelle nanométrique. L'étude a été publiée dans Nature Nanotechnologie .
En 2016, Feringa, Stoddard et Sauvage ont reçu le prix Nobel pour le développement de moteurs moléculaires. Leurs travaux fournissent un exemple spectaculaire d'un domaine de recherche plus large dans lequel les scientifiques étudient des molécules ayant une fonction programmée chimiquement. Outre les moteurs, ils travaillent aussi sur les diodes moléculaires, interrupteurs et transistors, le tout avec une longueur typique d'un nanomètre, et représentent ainsi la miniaturisation ultime. Les physiciens de Leyde Sense Jan van der Molen et Huseyin Atesci, avec Delft, Berne et Chuo (Japon), ont maintenant démontré la première diode moléculaire commutable.
Les scientifiques ont découvert que la conductivité électrique de la molécule 2-Ru-N dépend de l'humidité. En conditions sèches, la même quantité de courant traverse la molécule sous une tension positive ou négative. Cela change radicalement dans un environnement humide. Dans ce cas, seule une tension positive induit un courant. Les chercheurs ont créé un circuit moléculaire qui fonctionne comme une combinaison unique d'un interrupteur et d'une diode, une diode moléculaire commutable allumée et éteinte avec l'humidité. La molécule fonctionne également comme un capteur d'humidité basé sur la structure d'une molécule spécifique.
En haut :faible taux d'humidité. A tension nulle (c), les niveaux d'énergie des côtés gauche et droit de la molécule symétrique (a) sont égaux. Maintenant, si nous appliquons une tension, les niveaux d'énergie se déplaceront les uns par rapport aux autres. La distance entre les niveaux est indépendante de la tension positive (d) ou négative (e). Par conséquent, un courant tout aussi important circulera pour la tension positive et négative. En bas :Humidité élevée. Parce que l'eau réside d'un côté de la molécule, la symétrie entre les niveaux d'énergie se rompt déjà à tension nulle (h). A la tension positive (i), les niveaux d'énergie se rapprochent, donc un courant important peut circuler. Cependant, une tension négative (j) agrandit la différence entre les deux niveaux, donc le courant est bloqué. Crédit : Institut de physique de Leiden
La minuscule diode fonctionne au moyen d'une asymétrie causée par les molécules d'eau. À environ 60 pour cent d'humidité, ils s'agglutinent du côté droit de la couche moléculaire (voir figure f). Cela provoque un déséquilibre entre les niveaux d'énergie des deux côtés (h), ce qui limite fortement le flux d'électrons. Une tension positive à travers la molécule élève le niveau d'énergie du côté droit (i), ainsi l'alignement des niveaux est rétabli et le courant circule à nouveau. Une tension négative en revanche crée une asymétrie encore plus grande (j) et conduit à un courant très faible. Dans des circonstances sèches, la symétrie de la molécule ne se brise pas et le comportement de la diode disparaît.
Principe
« Tout le principe est basé sur la symétrie, il ne s'applique donc pas exclusivement à l'eau, " dit Van der Molen. " En théorie, ce concept fonctionne aussi pour l'alcool ou les gaz toxiques, par exemple." Cela signifie que la découverte ne concerne pas seulement la mesure de l'humidité dans l'air. Si les scientifiques trouvent à l'avenir une molécule appropriée composée de deux moitiés symétriques, tout comme 2-Ru-N, " le principe permet aussi d'autres capteurs, comme un test d'alcoolémie ou un détecteur de monoxyde de carbone.
