La conductivité du graphène en a fait une cible pour de nombreux chercheurs cherchant à l'exploiter pour créer des dispositifs à l'échelle moléculaire et maintenant une équipe de recherche dirigée conjointement par l'Université de Warwick et l'EMPA a trouvé un moyen de surmonter un problème frustrant de stabilité et de reproductibilité qui signifiait que les jonctions à base de graphène étaient soit mécaniquement stables, soit électriquement stables, mais pas les deux en même temps.

Le graphène et les molécules similaires au graphène sont un choix attrayant en tant que composant électronique dans les dispositifs moléculaires, mais jusqu'à présent, il s'est avéré très difficile de les utiliser dans la production à grande échelle de dispositifs moléculaires qui fonctionneront et seront robustes à température ambiante. Dans un effort conjoint des équipes de recherche de l'Université de Warwick, L'EMPA et les universités de Lancaster et de Berne ont atteint une stabilité électrique et mécanique dans des jonctions à base de graphène des millions de fois plus petites que le diamètre d'un cheveu humain. Ils ont publié aujourd'hui leurs découvertes dans un article intitulé "Robust graphene-based moléculaire devices" dans la revue Nature Nanotechnologie .

Des structures simples mécaniquement stables telles que des molécules de type graphène sont faciles à produire par synthèse chimique, mais à cette très petite échelle, elles sont soumises à une gamme de limites lorsqu'elles sont placées dans une jonction pour former un dispositif électronique, telles que des variations dans l'interface molécule-électrode. Les chercheurs surmontent ces limites en séparant les exigences de stabilité mécanique et électronique au niveau moléculaire.

Ils ont produit une structure électriquement efficace en construisant un empilement de molécules de type graphène pour former un chemin d'électrons à travers les orbitales P des molécules de type graphène (ce sont des nuages ​​​​d'électrons en forme d'haltère dans lesquels un électron peut être trouvé, dans un certain degré de probabilité) Cela ouvrirait de nouvelles voies pour utiliser des propriétés moléculaires fascinantes telles que l'interférence quantique qui se produit à une si petite échelle à condition d'obtenir des structures suffisamment robustes mécaniques. Pour ça, l'équipe de recherche a également créé des liaisons entre chaque molécule et un substrat d'oxyde de silicium. Cela a donné à la structure une stabilité mécanique significative en ancrant efficacement l'empilement de molécules de type graphène au substrat à l'aide d'une réaction de silanisation. Ceci est illustré dans le schéma simplifié accompagnant ce communiqué de presse.

Le Dr Hatef Sadeghi de l'École d'ingénierie de l'Université de Warwick, qui a dirigé la modélisation théorique de ce travail, a déclaré :

« Cette méthode nous a permis de concevoir et de produire des dispositifs moléculaires à base de graphène qui sont électroniquement et mécaniquement stables sur une large plage de températures. Ceci a été réalisé en découplant l'ancrage mécanique des voies électroniques en combinant une liaison covalente des molécules au substrat et grands groupes de tête -conjugués.

"Les jonctions étaient reproductibles sur plusieurs dispositifs et fonctionnaient de 20 Kelvin jusqu'à la température ambiante. Notre approche représente une stratégie simple mais puissante pour l'intégration future de fonctions basées sur des molécules dans des dispositifs nanoélectroniques stables et contrôlables."