Mens Intel piner de sidste marginaler ud af siliciumelektronikken, måler mine naboer lækstrøm mellem C60 molekyler.

Molekylær elektronik er lidt ligesom at se ud på sin meget store plæne, hvor meterhøjt strå og ukrudt efterhånden vokser. Jo længere du venter, jo værre bliver det - men før eller siden er der ingen vej udenom. Og du ved det.

Medmindre vi bare lægger os ned og raller, i takt med Moores lov støt og roligt nærmer sig nanometer grænsen, er vi nødt til at se finde ud af hvordan man kan lave elektronik i denne absurde størrelse. Argumentet om, at "vi skal pakke ting tættere, så derfor bruger vi molekyler" er vældigt fint - men hvilken slags ledninger skal molekylerne i det hele taget forbindes med?

Andre molekyler? Måske, måske...

Mine utroligt dygtige kolleger her fra DTU Nanotechs teorigruppe har sammen deres tidligere kollega, ex-DTU'er, Thomas Frederiksen (nu Spanien) og forskere fra Tyskland og Frankrig, set nærmere på C60 molekylet i rollen som forbindelsesled til specielle organiske molekyler med specifikke funktioner. Den slags C60/organisk molekyle/C60 forbindelser kan allerede laves eksperimentelt, f.eks. på  Nano-science centeret på Københavns Universitet, som også er meget langt fremme på området.

I en artikel der netop er kommet i Physical Review Letters (tillykke, gutter!) stiller DTU forskerne og deres internationale kolleger det meget fornuftige spørgsmål: hvor tæt sådanne molekyler kan pakkes?

C60 molekylet består af, ja, 60 kulstof atomer i en form der umiskendeligt minder om en fodbold, størrelse 4. Fordelen er at C60 molekylet er elektrisk ledende, og er fuldstændigt veldefineret og symmetrisk. Det vil sige at det er til at overskue på hvilken måde "komponent" molekylet kan sidde. Komponenten er f.eks. et molekyle der sidder imellem to C60, og udfører en transistor funktion.



Men hvor godt løber strømmen mellem 2 C60 molekyler ? Det svarer til en kortslutning - hvor meget "lækstrøm" løber der mellem to sådanne molekylære "kontakter" hvis du uheldigvis kommer til at røre hinanden.

Gruppen af forskere har minsandten fået et C60 molekyle til at sidde for enden af en såkaldt STM spids (en ekstrem skarp metal spids, der bruges til at studere overflader med atomar opløsning, ved at måle den kvantemekaniske tunnelstrøm der løber mellem spids og overflade). Nu er det faktisk c60 molekylet der er "spidsen".

Ved at sætte denne ekstremt lille og præcise spids meget tæt på et C60 molekyle der ligger på en ledende overflade, fandt eksperimentalisterne ud af at strømmen er omkring 100 gange mindre end hvis der var et molekyle imellem. Det er ret pudsigt. Som jeg forstår det, betyder det at der løber mindre strøm igennem kontakterne når der kortslutning, end når der er en komponent imellem. Men det er selvfølgelig heldigt - for så bliver det nemmere at pakke komponenter, kontakter og ledninger meget tæt.



Thomas Frederiksen og Mads Brandbyge (med flere :) har vist teoretisk at man ved at selv ganske korte kæder af C60 molekyler, meget hurtigt konvergerer mod elektrisk isolation - resultatet for en uendelig kæde af c60 - Der åbner et energigab ved Fermi energien, med det resultat at "Transmissionen" - et mål for ledningsevnen - falder drastisk. C60 er altså glimrende som kontakt til molekyler, men isolerer (næsten) i kontakt med hinanden.

At man kan lave den slags beregninger overhovedet er fantastisk, og udelukkende takket være en forholdsvis ny beregningsmetode, der har været kendt siden midten af 60'erne, men de seneste 10 år er blevet utrolig kraftfuld: DFT.

Til denne type beregninger er DFT - Density Functional Theory - i praksis eneste mulighed. Schrödingerligningen for et system med mange elektroner bliver lynhurtigt håbløst at løse selv med de hurtigste computere vi har idag - og selv med systemer der er langt mindre (dvs har færre atomer). DFT går ud på at approximere alle elektron-elektron vekselvirkningerne med en funktion af elektrontætheden der kun har koordinaterne (x,y,z) , og så løse enkelt-elektron Schrödingerligningen - en langt nemmere opgave. Metoden er idag en af de mest udbredte metoder til at beregne de elektroniske egenskaber i kemi og faststoffysik. Se f.eks. wiki for mere.

Danmark har nogle af verdens bedste forskere på området - til at beregne hvordan fremtidens (?) elektronik (som på den eller anden måde vil nærme sig den molekylære skala) skal sættes sammen for at fungere.

Når Moore-lokummet en dag for alvor brænder, er jeg spændt på at se om Danmarks gode hoveder er klar til at slukke flammerne. Vi får at se!