Polimeri – ključni za enomolekulske elektronske naprave.
Znanstveniki z inštituta za tehnologijo v Tokiu in univerze v Tsukubi so prikazali uporabnost polimerov za izdelavo enomolekulskih elektronskih naprav, kar bi omogočilo razcvet revolucije nanoelektronike.
Ena izmed najbolj neverjetnih lastnosti moderne elektronike je njena majhnost in majhnost sestavnih komponent. Še večja miniaturizacija elektronskih komponent je ena glavnih raziskovalnih usmeritev na področju elektronike po celem svetu. Prednosti vse večje miniaturizacije so številne: nove funkcionalnosti elektronike, zmanjšana poraba energije in preseganje dosedanjih omejitev.
Profesor Tomoaki Nishino z inštituta v Tokiu raziskuje meje prav na tem področju. S svojo ekipo razvija enomolekulske naprave. »Dokončna miniaturizacija elektronike se bo po naših ocenah odvijala na področju molekularne elektronike, kjer je vsaka posamezna molekula uporabljena kot zaključen funkcionalni element,« je pojasnil Nishino.
Kljub temu pa je očitno, da izdelava enomolekulskih komponent ne bo enostavna naloga. Funkcionalne naprave, zgrajene iz ene same molekule, je zahtevno izdelati. Drug problem so kontaktne točke med komponentami, ki imajo kratko življenjsko dobo, zato je njihova uporaba zaenkrat še problematična. Na osnovi predhodnih raziskav je ekipa ugotovila, da bi bile dolge verige monomerov (ena sama molekula v obliki verige) za izdelavo polimerov bolj ustrezne kot več manjših molekul. Da bi to hipotezo preizkusili, so raziskovalci uporabili tehniko STM, pri kateri uporabijo kovinsko sondo, katere konica se konča z enim samim atomom. Z njo je mogoče meriti izjemno majhne tokove, uporabili pa so jo za merjenje tokovnih nihanj, ko so konico sonde prislonili ob kontaktno točko ciljne molekule. S pomočjo te metode je ekipa ustvarila povezavo s polimerom polivinilpiridin in v drugem poskusu tudi z njegovim monomerom, 4,4 trimetilendipiridinom. Z merjenjem prevodnih lastnosti teh povezav so poskusili dokazati, da bi bili polimeri uporabnejši za izdelavo enomolekulskih naprav.
Da pa so lahko zaznali izjemno majhne tokove na atomskem nivoju, so morali raziskovalci najprej napisati ustrezen algoritem, ki je iz meritev izluščil tiste komponente nihajočega toka, ki so jih zanimale. Algoritem jim je omogočil, da so zaznali majhne odseke konstantnega toka iz časovnega poteka meritve toka. Odseki konstantnega toka so potrdili, da se je med atomom sonde in kontaktno točko molekule ustvarila stabilna prevodna povezava.
Z uporabo tega pristopa je ekipa primerjala prevodnost polimera in monomera, da bi ugotovila, kateri od njiju je s sondo vzpostavil močnejšo povezavo. Ugotovila je, da je polimerska molekula vzpostavila veliko boljšo povezavo s sondo kot monomerska. »Verjetnost vzpostavitve spoja s sondo, kar bo zelo pomemben faktor v prihodnjem razvoju, je bila pri polimerski molekuli mnogo večja,« je še dejal Nishino. Poleg tega pa je bila povezava s polimersko molekulo vzpostavljena dlje in tok, ki je tekel čez povezavo, je bil bolj stabilen in predvidljiv kot tok monomerskega spoja.
Rezultati raziskave razkrivajo velik potencial za uporabo polimerov kot gradnikov miniaturizirane elektronike v prihodnosti, ki bo najverjetneje predstavljala mejo fizično dosegljive miniaturizacije.
