Circuiti a singola molecola aprono la strada verso la miniaturizzazione dell’elettronica
Storicamente, il campo dell’elettronica a singola molecola è stato motivato dalla possibilità di estrapolare le costanti riduzioni dei componenti con dimensioni nell’ordine degli atomi e delle molecole, con queste ultime considerate come la più piccola unità funzionale concepibile. «Le molecole singole hanno dimostrato di comportarsi come componenti elettronici quali cavi, resistori e commutatori», spiega il coordinatore del progetto MOLCLICK, il dott. Philippe Hapiot. «Tuttavia, siamo ancora ben lontani dal comprendere come collegare ampie schiere di molecole singole in circuiti indirizzabili in una maniera che sfrutti al meglio i vantaggi in termini di dimensioni derivanti, in primo luogo, dall’utilizzo di un sistema a base molecolare». In un tentativo di colmare questa lacuna, ricercatori nel progetto MOLCLICK, finanziato dall’UE, hanno studiato se fosse possibile usare la chimica di sintesi per creare circuiti complessi sulle superfici. «Il nostro obiettivo era quello di sviluppare differenti metodi per costruire circuiti molecolari sulle superfici, trovare modi per valutare il successo dei nostri metodi e quindi esplorare come incrementare le nostre capacità in questo settore», aggiunge il dott. Michael Inkpen, un ricercatore del progetto. Una dimostrazione coronata dal successo MOLCLICK è riuscito a dimostrare che la chimica di sintesi può essere utilizzata per collegare circuiti a singola molecola. Nello specifico, il progetto ha sviluppato un metodo innovativo per formare e rompere legami in modo reversibile tra singoli frammenti che si comportavano come elementi di un circuito resistivo. Questo è stato poi valutato usando un metodo di rottura delle giunzioni basato su microscopio a scansione per effetto tunnel (STM-BJ), che misura la conduttanza delle molecole sulla superficie sia prima che dopo la modifica sintetica. La STM-BJ è una tecnica usata per collegare singole molecole in un circuito elettronico per prova, un metodo sviluppato dalla dott.ssa Latha Venkataraman della Columbia University, uno dei principali esperti al mondo in questo campo e uno dei partner del progetto. «Con evidenti differenze nella conduttanza che risultano osservabili prima e dopo la modifica, abbiamo potuto confermare che stavamo effettivamente costruendo i semplici circuiti molecolari che il progetto aveva all’inizio concepito», afferma il dott. Inkpen. «Ma, fatto più importante, abbiamo dimostrato che il nostro approccio può essere generalizzato mediante la dimostrazione del successo di altri metodi di sintesi e, nel fare questo, abbiamo anche dimostrato il ruolo della STM-BJ quale strumento di analisi straordinariamente sensibile della superficie». Il fattore chiave per una miniaturizzazione continua Dall’invenzione del transistor nel 1946, la miniaturizzazione dei circuiti elettronici integrati ha sempre riguardato la riduzione di costi e dimensioni, incrementando allo stesso tempo la potenza e la capacità. Tuttavia, a causa dei limiti della tecnologia attuale, il cammino verso una ulteriore miniaturizzazione si è arrestato. «Tecnologie e materiali alternativi, come ad esempio l’utilizzo di circuiti creati a partire da singole molecole, come è stato dimostrato in questo progetto, sono il fattore chiave per la continua miniaturizzazione dei circuiti elettronici negli anni e nei decenni a venire», aggiunge il dott. Hapiot. Anche se il progetto MOLCLICK è ufficialmente terminato, il lavoro prosegue. Per esempio, il dott. Inkpen continuerà il suo lavoro nel campo dell’elettronica a singola molecola e della chimica delle superfici nel suo nuovo ruolo quale assistente universitario di chimica alla University of Southern California. «Le lezioni apprese e l’esperienza acquisita durante il progetto si dimostreranno preziosissime per la mia carriera indipendente di ricerca», afferma.
Parole chiave
MOLCLICK, dispositivi elettronici, elettronica a singola molecola, chimica di sintesi, rottura delle giunzioni basata su microscopio a scansione per effetto tunnel, STM-BJ
