Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont synthétisé des fils moléculaires torsadés d'une seule molécule d'épaisseur qui peuvent conduire l'électricité avec moins de résistance que les appareils précédents. Ce travail peut conduire à des appareils électroniques à base de carbone qui nécessitent moins de matériaux toxiques ou des méthodes de traitement sévères.

Conducteurs organiques, qui sont des matériaux à base de carbone qui peuvent conduire l'électricité, sont une nouvelle technologie passionnante. Par rapport à l'électronique au silicium conventionnelle, les conducteurs organiques peuvent être synthétisés plus facilement, et peut même être transformé en fils moléculaires. Cependant, ces structures souffrent d'une conductivité électrique réduite, ce qui les empêche d'être utilisés dans des appareils grand public. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche scientifique et industrielle et de la Graduate School of Engineering Science de l'Université d'Osaka a développé un nouveau type de fil moléculaire fabriqué à partir de molécules d'oligothiophène avec des torsions périodiques qui peuvent transporter un courant électrique avec moins de résistance.

Les fils moléculaires sont composés de longues molécules de plusieurs nanomètres qui ont des liaisons chimiques simples et doubles alternées. Orbitales, qui sont des états que les électrons peuvent occuper autour d'un atome ou d'une molécule, peut être localisé ou étendu dans l'espace. Dans ce cas, les orbitales pi des atomes individuels se chevauchent pour former de grandes "îles" entre lesquelles les électrons peuvent sauter. Parce que les électrons peuvent sauter plus efficacement entre des niveaux d'énergie proches, les fluctuations dans la chaîne polymère peuvent créer des barrières énergétiques. « La mobilité des charges, et donc la conductivité globale du fil moléculaire, peut être améliorée si la mobilité de charge peut être améliorée en supprimant de telles fluctuations, " dit le premier auteur Yutaka Ie.

Le chevauchement des orbitales pi est très sensible à la rotation de la molécule. Les segments adjacents de la molécule qui sont alignés dans le même plan forment un grand site de saut. En ajoutant volontairement des torsions à la chaîne, la molécule est brisée en sites de taille nanométrique, mais parce qu'ils sont proches en énergie, les électrons peuvent sauter facilement entre eux. Cela a été accompli en insérant un 3, 3'-dihexyl-2, unité 2'-bithiophène après chaque étirement de 6 ou 8 unités oligothiophène.

L'équipe a constaté que, globalement, la création d'îlots plus petits et plus proches en énergie a maximisé la conductivité. Ils ont également mesuré comment la température affecte la conductivité, et a montré qu'il était en effet basé sur le saut d'électrons. "Nos travaux sont applicables aux fils monomoléculaires, ainsi que l'électronique organique en général, ", déclare l'auteur principal Yoshikazu Tada. Cette recherche peut conduire à des améliorations de la conductivité qui permettront aux nanofils de s'intégrer dans un large éventail de composants électroniques, comme des tablettes ou des ordinateurs.