Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont conçu un nouveau type de fil moléculaire dopé au ruthénium organométallique pour atteindre une conductance sans précédent par rapport aux fils moléculaires antérieurs. L'origine de la conductance élevée dans ces fils est fondamentalement différente des dispositifs moléculaires similaires et suggère une stratégie potentielle pour développer des fils moléculaires « dopés » hautement conducteurs.

Depuis leur conception, les chercheurs ont essayé de réduire les appareils électroniques à des tailles sans précédent, au point même de les fabriquer à partir de quelques molécules. Les fils moléculaires font partie des éléments constitutifs de ces minuscules engins, et de nombreux chercheurs ont développé des stratégies pour synthétiser des fils stables à partir de molécules soigneusement conçues.

Une équipe de chercheurs du Tokyo Institute of Technology, dont Yuya Tanaka, conçu un nouveau fil moléculaire sous la forme d'une jonction électrode métallique-molécule-électrode métallique (MMM) comprenant un polyyne, une molécule organique en forme de chaîne, "dopé" avec une unité à base de ruthénium Ru(dppe) 2 . La conception proposée, figurant sur la couverture du Journal de l'American Chemical Society , repose sur l'ingénierie des niveaux d'énergie des orbitales conductrices des atomes du fil, compte tenu des caractéristiques des électrodes en or.

En utilisant la microscopie à effet tunnel, l'équipe a confirmé que la conductance de ces fils moléculaires était égale ou supérieure à celles des fils moléculaires organiques précédemment rapportés, y compris des fils similaires "dopés" avec des unités de fer. Motivé par ces résultats, les chercheurs ont ensuite étudié l'origine de la conductance supérieure du fil proposé. Ils ont découvert que les propriétés conductrices observées étaient fondamentalement différentes des jonctions MMM similaires précédemment signalées et étaient dérivées de la division orbitale. En d'autres termes, la division orbitale induit des changements dans les orbitales électroniques d'origine des atomes pour définir une nouvelle orbitale "hybride" facilitant le transfert d'électrons entre les électrodes métalliques et les molécules de fil. Selon Tanaka, "Un tel comportement de division orbitale a rarement été signalé pour toute autre jonction MMM."

Étant donné qu'un écart étroit entre les orbitales moléculaires occupées la plus élevée (HOMO) et la plus basse (LUMO) est un facteur crucial pour améliorer la conductance des fils moléculaires, le protocole de synthèse proposé adopte une nouvelle technique pour exploiter ces connaissances, comme Tanaka ajoute "La présente étude révèle une nouvelle stratégie pour réaliser des fils moléculaires avec un espace HOMO-LUMO extrêmement étroit via la formation de jonction MMM."

Cette explication des propriétés conductrices fondamentalement différentes des fils proposés facilite le développement stratégique de nouveaux composants moléculaires, qui pourraient être les éléments constitutifs de futurs appareils électroniques minuscules.