30.03.2021 - Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Electrónica molecular: Molécula atrapada en contacto

Hay mundos entre el Zuse Z3, el primer ordenador digital en funcionamiento de 1941, y los microprocesadores modernos, tanto en términos de velocidad como de tamaño. Pero la miniaturización de la electrónica actual basada en el silicio está llegando a sus límites debido a los métodos de fabricación. La electrónica molecular está allanando el camino hacia la realización de futuros circuitos aún más pequeños. Un equipo de investigadores dirigido por la Dra. Katrin Domke, del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, ha logrado grandes avances en la caracterización de moléculas adecuadas para la electrónica molecular mediante un novedoso experimento.

En las últimas décadas, los componentes electrónicos, especialmente los procesadores, se han miniaturizado cada vez más. Entretanto, se ha alcanzado un límite físico: pronto los componentes no podrán hacerse más pequeños porque los métodos de fabricación están alcanzando sus límites. El campo emergente de la electrónica molecular podría ayudar a desarrollar en el futuro componentes electrónicos aún más potentes, pequeños y rápidos.

Para lograrlo, los componentes ya conocidos de la electrónica "normal" deben ser replicados por moléculas individuales o grupos de moléculas para producir transistores, condensadores o resistencias moleculares, por ejemplo. Además de componentes más pequeños, el uso de moléculas también promete menos desperdicio de material y componentes menos costosos.

Sin embargo, la caracterización de moléculas adecuadas o la construcción de circuitos funcionales a partir de dichas moléculas sigue siendo un gran desafío: Por un lado, las moléculas individuales, que suelen tener un tamaño de unos pocos nanómetros (millonésimas de metro), deben conectarse al mundo macroscópico mediante contactos eléctricos. Por otro lado, deben permanecer en contacto de forma estable. Al fin y al cabo, ¡el pegado, la soldadura o el soldeo no funcionan en la escala del tamaño molecular!

El equipo de científicos dirigido por la Dra. Katrin F. Domke, jefa de grupo, y el Dr. Albert C. Aragonès, becario postdoctoral de Marie Curie (departamento del Prof. Mischa Bonn), han conseguido ahora mantener la molécula benceno-ditiol (BDT), que puede considerarse un caballo de batalla estándar en el campo de la electrónica molecular, en contacto estable entre dos electrodos metálicos durante más tiempo del habitual. En lugar de una duración estándar anterior que estaba en el rango de una décima de segundo, el equipo fue capaz de ampliar la vida de contacto por un factor de 10 a más de un segundo. "Nos quedamos asombrados cuando vimos cómo la vida útil aumentaba con la potencia del láser. Conseguimos uniones extremadamente estables con tiempos de vida nunca vistos antes en uniones de moléculas individuales a temperatura ambiente con un montaje STM convencional. Un momento realmente emocionante", afirma Albert C. Aragonès.

Lo que en principio parece muy corto, abre posibilidades completamente nuevas para la ciencia: Por ejemplo, la ampliación de la duración del contacto permite ahora una caracterización más exhaustiva de las propiedades del contacto de una sola molécula, para investigar, por ejemplo, la idoneidad de la molécula correspondiente para una tarea específica o su comportamiento durante el flujo de corriente.

Para su método, Aragonès y Domke utilizaron luz láser para amplificar la trampa molecular en la que se pone en contacto la molécula. Aunque este enfoque es experimentalmente muy exigente en cuanto a los detalles, prácticamente sólo consta de cuatro componentes: Una molécula -en este caso BDT- se deposita en la superficie de un electrodo de oro y se pone en contacto desde arriba con otro electrodo de oro, con una separación entre electrodos de aproximadamente media millonésima parte de un metro. Si este minúsculo contacto metal-molécula-metal se ilumina ahora con un rayo láser, el campo electromagnético del láser alrededor de la molécula se amplifica por un factor de 1000 debido a la geometría del contacto. Estas fuertes líneas de campo, a su vez, atrapan a la molécula entre los electrodos, lo que aumenta la vida útil del contacto molecular, de modo que puede observarse y caracterizarse durante un periodo de tiempo mucho más largo que sin luz láser.

"Nos emocionamos cuando descubrimos que la conductividad y la geometría del contacto de la molécula atrapada con un rayo láser no diferían de las de la molécula en la "oscuridad"", dice Katrin Domke. Así, de los resultados de las mediciones de su aparato se pueden extraer conclusiones sobre el comportamiento de los contactos moleculares "normales", no irradiados, que son relevantes para los circuitos moleculares reales.

Probablemente pasarán varios años antes de que la electrónica molecular esté lista para su uso y sea una alternativa real a la actual electrónica de silicio, pero con su investigación, que se ha publicado ahora en la renombrada revista "Cell Reports Physical Science", Domke y Aragonès han podido dar un paso importante hacia el desarrollo de componentes electrónicos basados en moléculas.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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