Fig. 1 :(à gauche) Structures chimiques de fils moléculaires complètement isolés dérivés d'oligothiophène avec des échelles de longueur nanométrique. La figure du haut montre la conformation plate, tandis que la figure inférieure affiche la forme tordue. (Droite) Résultats des mesures de conductance d'une molécule unique, dans lequel la conductivité est tracée en fonction de la longueur de l'oligomère. Le passage du régime tunnel au régime saut se produit à une longueur de chaîne plus courte dans les nanofils plats en raison de leur conductivité accrue.
Une équipe de l'université d'Osaka a créé des nanofils à molécule unique, complet avec une couche isolante, jusqu'à 10 nanomètres de longueur. Lorsqu'ils ont mesuré les propriétés électriques de ces nanofils, les chercheurs ont découvert que le fait de forcer les chaînes en forme de ruban à être plates améliorait considérablement leur conductivité par rapport à une conformation torsadée. Les résultats peuvent permettre une nouvelle génération d'appareils de haute technologie peu coûteux, y compris les écrans de smartphone et le photovoltaïque.
polymères à base de carbone, qui sont de longues chaînes moléculaires constituées d'unités répétitives, se trouve partout, du caoutchouc de la semelle de vos chaussures aux protéines qui composent votre corps. Nous pensions que ces molécules ne pouvaient pas conduire l'électricité, mais tout a changé avec la découverte des polymères conducteurs. Il s'agit d'un petit sous-ensemble de molécules à base de carbone qui peuvent agir comme de minuscules fils en raison de leurs liaisons chimiques simples et doubles alternées, aussi appelées liaisons conjuguées. Étant donné que les conducteurs à base de carbone sont beaucoup plus faciles et moins chers à fabriquer et à personnaliser que l'électronique conventionnelle, ils ont vu une adoption rapide dans les téléviseurs OLED, écrans iPhone, et panneaux solaires, tout en réduisant drastiquement leur coût.
Maintenant, des chercheurs de l'université d'Osaka ont synthétisé des chaînes d'oligothiophène de différentes longueurs, avec jusqu'à 24 unités de répétition. Cela signifie que les nanofils peuvent mesurer jusqu'à 10 nanomètres de long. L'isolation des fils était nécessaire pour éviter les courants interfils, afin que la conductivité intrinsèque d'une seule molécule puisse être mesurée avec précision. Sur la base des règles de la mécanique quantique, les électrons dans les molécules se comportent plus comme des ondes étalées que comme des particules localisées. Les liaisons qui se chevauchent dans l'oligothiophène permettent aux électrons d'être entièrement répartis sur le squelette polymère, ils peuvent donc facilement traverser la molécule pour créer un courant électrique.
Ce transport de charge peut se produire de deux manières très différentes. « Sur de courtes distances, les électrons s'appuient sur leur nature ondulatoire pour « passer en tunnel » directement à travers les barrières, mais sur de longues distances, ils sautent de site en site pour atteindre leur destination, " a expliqué le premier auteur, le Dr Yutaka Ie. L'équipe de l'Université d'Osaka a découvert que le fait de changer la chaîne d'oligothiophène de tordue à plate entraînait un chevauchement beaucoup plus important du squelette conjugué de l'oligothiophène, ce qui à son tour signifiait une plus grande conductivité globale. Par conséquent, le passage du tunnel à la conduction par saut a eu lieu avec des chaînes plates à des longueurs de chaîne plus courtes, par rapport à ceux avec la conformation tordue.
Les chercheurs pensent que ce travail peut ouvrir un tout nouveau monde d'appareils. "Cette étude démontre que nos nanofils isolés ont le potentiel d'être utilisés dans une nouvelle électronique" à molécule unique ", " a déclaré l'auteur principal, le Dr Yoshio Aso. Le travail est publié dans le Journal des lettres de chimie physique comme « Oligothiophènes hautement planaires et complètement isolés :effets de la conjugaison sur le transport de charge par sauts ».
