Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont créé les premiers dispositifs à nanofils moléculaires organiques thermiquement stables à l'aide d'une seule molécule de 4,5 nm de long placée à l'intérieur d'électrodes à nanogap plaquées or autocatalytique.

Les méthodes et matériaux traditionnels utilisés pour la fabrication des circuits intégrés modernes sont sur le point d'atteindre (ou ont probablement déjà atteint) leurs limites physiques ultimes en ce qui concerne la taille du produit final. En d'autres termes, la miniaturisation plus poussée des appareils électroniques est presque impossible sans se plonger dans d'autres types de matériaux et de technologies, tels que les dispositifs électroniques moléculaires organiques. Cependant, cette classe de dispositifs ne fonctionne généralement correctement qu'à des températures extrêmement basses en raison des fluctuations thermiques à la fois des molécules organiques et des électrodes métalliques.

Bien que spécial électrolytique, électrodes nanogap plaquées or, appelées électrodes ELGP, ont démontré une stabilité thermique exceptionnelle à leur écart, de nouvelles classes de fils moléculaires doivent être développées pour répondre aux problèmes de miniaturisation et de dissipation thermique. À cause de ce, une équipe de scientifiques, dont le professeur Yutaka Majima du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), focalisé sur une molécule de 4,5 nm de long appelée oligo-(phénylènevinylène) à pont carbone disulfanyl, ou COPV6(SH) 2 pour faire court.

Cette molécule, illustré à la figure 1 (a), a une rigidité, système pi-conjugué en forme de tige, qui est isolé électroniquement et spatialement de son environnement par quatre groupes 4-octylphényle. La molécule a deux terminaux sulfhydryle, qui peut ou non se lier chimiquement aux surfaces d'or opposées d'un nanogap ELGP, illustré à la figure 1 (b). De façon intéressante, l'équipe de recherche a découvert que lorsque le COPV6(SH) 2 la molécule se lie aux surfaces d'or d'une manière spécifique, appelé SAuSH, comme le montre la figure 1 (c), le dispositif résultant montre le comportement caractéristique des dispositifs de tunnel d'électrons résonnants cohérents, qui ont un éventail d'applications potentielles dans les domaines de l'électronique et des nanotechnologies.

Plus important encore, le dispositif résultant était thermiquement stable, montrant des courbes de courant en fonction de la tension similaires à la fois à 9 et à 300 K. Cela n'avait pas été réalisé avant d'utiliser des fils moléculaires organiques flexibles. Cependant, comme le montre la figure 1 (c), il y a plusieurs façons dont le COPV6(SH) 2 la molécule peut se lier au nanogap ELGP, et l'équipe n'a actuellement aucun moyen de contrôler le type d'appareil qu'elle obtiendra.

Malgré que, ils ont mesuré les caractéristiques électriques des appareils qu'ils ont obtenus afin d'expliquer en détail les mécanismes quantiques sous-jacents qui déterminent leur comportement. En outre, ils ont vérifié leurs résultats avec des valeurs dérivées théoriquement et, en faisant cela, ils ont encore renforcé leurs connaissances sur le principe de fonctionnement du dispositif SAuSH et les autres configurations possibles.

Le prochain défi est d'obtenir un meilleur rendement du dispositif SAuSH, parce que leur rendement était inférieur à 1 pour cent. L'équipe pense que la rigidité et le poids moléculaire élevé de la molécule, ainsi que la stabilité des électrodes ELGP, serait responsable de la grande stabilité du dispositif résultant et de son faible rendement. Compte tenu des nombreuses variantes possibles de la classe de molécules COPVn et des différentes configurations de nanogap ELGP, le problème de rendement peut être résolu via des ajustements dans les méthodes et les caractéristiques des molécules et des lacunes utilisées. Les données rapportées dans ce travail fourniront une base pour la future recherche électronique à l'échelle moléculaire.