Les visions de ce que nous pouvons faire avec l'électronique du futur dépendent de la recherche de moyens d'aller au-delà des capacités des conducteurs en silicium. On pense que le domaine expérimental de l'électronique moléculaire représente une voie à suivre, et des travaux récents à KTH pourraient permettre une production évolutive des électrodes nanométriques nécessaires pour explorer les molécules et exploiter leur comportement en tant que matériaux électroniques potentiellement précieux.

Une équipe du Département des micro et nanosystèmes de KTH a récemment testé une technique pour former des millions de jonctions moléculaires viables à l'échelle nanométrique - des paires d'électrodes extrêmement petites avec un espace de la taille d'un nanomètre entre elles, où les molécules peuvent être piégées et sondées. Les résultats ont été publiés dans Communication Nature .

Les chercheurs de KTH ont rapporté qu'avec une plaquette de 100 mm de diamètre de matériaux minces, ils peuvent produire jusqu'à 20 millions de telles électrodes en cinq heures, en utilisant un film d'or sur un matériau cassant qui forme des fissures. En outre, travailler avec le van der Zant Lab à la TU Delft, l'équipe a piégé et étudié une molécule de référence largement utilisée dans l'espace nanométrique entre les électrodes pour s'assurer que la méthode de fabrication n'entrave pas la formation de jonctions moléculaires.

Shyamprasad Natarajan Raja, l'un des co-auteurs, dit que cette méthode de "jonction à rupture définie par fissure" offre une percée dans l'impasse de la production évolutive de structures qui pourraient un jour permettre des dispositifs électroniques constitués de molécules uniques.

La clé est de produire des lacunes qui permettent un phénomène appelé tunnel, dans lequel les électrons surmontent la rupture d'un circuit. Une jonction de rupture a un espace de la taille de quelques atomes, qui interrompt le flux d'électrons à travers elle. Cependant, parce que l'écart est si petit, les électrons avec une énergie suffisante peuvent encore sauter à travers cette étendue. Les électrons tunneliers maintiennent un courant faible mais mesurable qui est extrêmement sensible à la taille de l'espace et à la présence de nano-objets à l'intérieur.

« Les jonctions de rupture sont le meilleur moyen disponible pour intégrer des molécules individuelles à un circuit électronique plus large capable de sonder les molécules, ", dit Raja. Ils pourraient aussi un jour mettre en place des détecteurs ultra-sensibles à grande vitesse utilisant l'effet tunnel quantique, il dit.
Cependant, les jonctions à rupture de tunnel sont produites un espace à la fois, qui a été un obstacle majeur au développement de toute application impliquant des jonctions tunnel en dehors d'un laboratoire de recherche, " dit Raja.

La méthode commence par l'utilisation de la photolithographie pour modeler un empilement d'or sur du nitrure de titane (TiN). Cet empilement est posé sur une plaquette de silicium, et les structures entaillées qui se forment alors concentrent les contraintes. Donc, lorsque le silicium directement sous l'empilement est retiré (un processus appelé gravure de libération), de minuscules fissures se forment aux emplacements prédéterminés dans le TiN pour relâcher la contrainte. Cela déforme à son tour l'or, l'étirer en fils atomiquement minces traversant ces fissures, qui, en cassant, forment des espaces aussi petits qu'une molécule.

Raja dit que la méthode peut être utilisée pour d'autres matériaux conducteurs, en plus de l'or, qui offrent une électrique intéressante, propriétés chimiques et plasmoniques pour des applications en électronique moléculaire et spintronique, nanoplasmonique et biodétection.