Chip baseret på molekylær elektronik et skridt nærmere med grafen

Forskere fra Nano-Science Center ved Københavns Universitet har løst et af de store problemer for molekylær elektronik, nemlig hvordan man fremstiller gode elektriske kontakter til molekylerne. Kontakterne skal åbne og lukke for den elektriske forbindelse i eksempelvis en transistor.

Løsningen er det todimensionale kulstofmateriale grafen. Kasper Nørgaard og Bo Wegge Laursen har i en artikel i tidsskriftet Advanced Materials mere præcist beskrevet, hvordan de kan fremstille transparente topkontakter til lyskontrollerede molekylære chips med brug af grafen.

Forskningen er udført i samarbejde med bl.a. kinesiske forskere tilknyttet et dansk-kinesisk forskningscenter, men hovedparten af arbejdet er udført i København.

Allerede sidste år viste Kasper Nørgaard og Bo Wegge Laursen, at man kunne bruge grafen som et beskyttelseslag for molekyler, så man kunne undgå den umulige opgave med at pådampe guldelektrode på molekyler.

»Det var løsningen på et ti år gammelt problem,« forklarer Kasper Nørgaard.

Læs også: Danskere har fundet nøglen til supereffektiv elektronik på molekyleniveau

Nu er forskerne gået skridtet videre og udnytter direkte grafens særlige elektriske og optiske egenskaber. Grafen har eksempelvis meget høj ledningsevne, og da materialet er tyndt, er det også transparent.

Forskerne har nu fremstillet en molekylær transistor, hvor elektroner fra transistorens source-kontakt passerer gennem et molekylelag til grafenlaget. Herigennem transporteres elektronerne til toppen af drain-kontakten - elektronerne skal dog passere gennem endnu et molekylelag for at nå selve drain-kontakten.

Forskerne har benyttet molekylet DHA (dihydroazulen, som under belysning omdannes til VHF (vinylheptafulven) ved åbning af en ring i molekylet bestående af fem kulstofatomer. Ved opvarmning kan man skifte igen fra VHF til DHA.

DHA er elektrisk ledende, men det er VHF ikke i samme grad. Derved kan man åbne og slukke for elektronernes forbindelse mellem source og drain.

I stedet for grafen har forskerne dog indtil videre anvendt reduceret grafenoxid, som har mange af de sammen egenskaber som grafen.

»Det er et materiale, som vi er dygtige til at lave og anvende. I fremtiden vil vi dog gerne forsøge os med enkeltlags-grafen, da det har endnu højere ledningsevne og transparens,« siger Kasper Nørgaard.

»Vi har nu et simpelt og elegant design, hvor vi kan undersøge mange forskellige typer af molekyler for at finde dem, som er bedst velegnet til fremtidig molekylær elektronik. Det er et afgørende skridt på vejen mod en egentlig molekylær chip,« forklarer Kasper Nørgaard.