Molecole su pellicole isolanti

Le attuali tecnologie di informazione si basano su dispositivi a semiconduttore che si prevede affrontino limitazioni fondamentali entro i prossimi decenni. Per rendere possibile un ulteriore progresso nell’elaborazione delle informazioni, i ricercatori finanziati dall’UE hanno studiato dei dispositivi a singola molecola.

Tecnologie industriali

I circuiti logici a livello di singola molecola dovrebbero rappresentare i candidati più probabili per la futura generazione di dispositivi informatici ad alte prestazioni. Tuttavia, i dispositivi a singola molecola non sono stati resi funzionali, poiché furono inizialmente proposti più di un quarto di secolo fa. I principali ostacoli sono dati dalla difficoltà di accesso a una singola molecola e dai complicati stati degli elettroni, in relazione a molecole collegate ad elettrodi. Grazie ad avanzamenti nella microscopia e nelle simulazioni numeriche, la dimostrazione di dispositivi a singola molecola è sempre più vicina alla realtà. Nell’ambito del progetto DECIMOL (Decoupled insulator-supported molecules), i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tre tecniche sperimentali. La scansione a effetto tunnel e la microscopia a forza atomica, assieme alla spettroscopia di fotoemissione e a calcoli basati sulla teoria del funzionale di densità hanno offerto preziose intuizioni per le interazioni molecola-semiconduttore. La ricerca del progetto DECIMOL si è focalizzata su sottili isolanti di fluoruro di calcio (CaF2) cresciuti su un substrato semiconduttore in silicio (111). In passato, questo sistema “isolante su metallo” ha dimostrato di essere rilevante per i dispositivi a semiconduttore, dove è in grado di formare barriere tunnel. Nello specifico, il CaF2 è stato depositato sul silicio (111) in condizioni di vuoto. A seconda della temperatura del substrato, è stato possibile ottenere diverse fasi. Nei sistemi “isolante su metallo”, i ricercatori hanno inserito molecole relativamente inerti, come il dianidride perilen-3,4:9,10-tetracarbossilico (PTCDA). I ricercatori hanno identificato diversi gruppi molecolari tra le pellicole sottili di CaF2 e CaF1, dove la maggior parte delle molecole singole sono state trovate sullo strato di interfaccia CaF1. Lo studio delle strutture orbitali PTCDA ha rivelato l’accoppiamento elettronico tra molecole e substrato conduttore attraverso la barriera isolante. I risultati del progetto DECIMOL formeranno una base importante per ulteriori studi sul disaccoppiamento molecolare, a partire da substrati semiconduttori. Oltre la ricerca fondamentale, il design dell’ “hardware chimico” relativo all’elaborazione di informazioni dipende dall’accoppiamento di singole molecole, per l’esecuzione di funzioni elettroniche.