Ensimmäinen vaihe molekyylielektroniikan alalla on, että tutkijat osoittavat yksittäisien molekyylien voivan toimia huoneenlämmössä toistettavina piirielementteinä, kuten transistoreina tai diodeina. Columbian yliopiston tutkijat ovat nyt ensimmäisinä saavuttaneet toistettavan virrankulun eston vaikutuksen käyttämällä atomisen tarkkoja molekyylejä huoneenlämmössä.
Professori Latha Venkataramanin johtaman ryhmän työ osoittaa toistettavaa virrankulun estoa. Laite kykenee vaihtamaan eristävästä tilasta johtavaan tilaan varauksen lisäyksellä ja poistolla yksi elektroni kerrallaan.
Tutkijat loivat yhden geometrisesti järjestetyn atomiklusterin, jossa oli vain 14 atomin epäorgaaninen ydin ja linkkerit, jotka johdottivat ytimen kahdelle kultaelektrodille.
- Huomasimme, että klusterit voivat toimia erittäin hyvin huoneenlämpötilan nanokokoisina diodeina, joiden sähköistä vastetta voi räätälöidä muuttamalla niiden kemiallista koostumusta. Teoreettisesti yksittäinen atomi on pienin raja, mutta yksiatomisia laitteita ei voida valmistaa ja stabiloida huoneenlämmössä, toteaa Venkataraman.
- Näillä molekyyliklustereilla on täydellinen määräysvalta niiden rakenteeseen atomisella tarkkuudella. Voimme muuttaa alkuainekoostumusta ja -rakennetta hallittavalla tavalla tietyn sähköisen vasteen aikaansaamiseksi, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Hampurin yliopiston tohtori Christian Klinken johtama ryhmä on puolestaan kehittänyt transistoreita, jotka perustuvat täysin erilaiseen periaatteeseen. Ne hyödyntävät metallihiukkasia, jotka ovat niin pieniä, että ne eivät enää osoita metallista luonnettaan virran kulkiessa vaan osoittavat energiaraon, joka aiheutuu elektronien Coulombin repulsiosta toisiinsa nähden. Ohjausjännitteen avulla tätä rakoa voidaan muuttaa energisesti ja virtaa voidaan siten kytkeä päälle ja pois.
Näillä Coulomb-transistoreilla on kolme etua, jotka tekevät niistä kiinnostavia kaupallisissa sovelluksissa: Metallisten nanopartikkeleiden synteesi kolloidisen kemian avulla on hyvin hallittavissa ja skaalautuva.
Käytetty Langmuir-Blodgett -kerrostamismenetelmä tarjoaa laadukkaita yksikerroskalvoja myös teollisessa mittakaavassa, joten tämä lähestymistapa mahdollistaa standardien litografiamenetelmien hyödyntämisen.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 24.8.2017
