Efficiente stroomstoplichtjes van slechts een molecuul


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Anouck Vrouwe
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2016/artikel.pag?objectnumber=332152
printerversie
19 april 2016

Efficiente stroomstoplichtjes van slechts een molecuul

Diodes zijn de stoplichtjes van de elektronica: ze bepalen of stroom wel of niet door mag in een schakeling. Het streven van chipfabrikanten is om ze zo klein mogelijk te maken, zodat er zoveel mogelijk componenten op een chip passen. Diodes moeten bij groen voor een goede doorstroming zorgen,
en zorgen dat zo weinig mogelijk stroom 'door rood kan fietsen'. Wetenschappers van de TU Delft maakten een diode op basis van slechts een molecuul. De groen/rood-verhouding, de zogeheten rectification ratio, van deze diode ligt met 600 vele malen hoger dan diodes uit eerder onderzoek.
Daarnaast maakten de onderzoekers de diode voor het eerst 'tunebaar'. Ze publiceerden er recent over in het vakblad Nanoscale.
Stroomstoplichtjes
vergroten Stroomstoplichtjes
Diode op basis van een molecuul
Bron: TU Delft
Moore's Law
Als gevolg van Moore's law worden elektronische componenten zoals diodes en transistors steeds kleiner, en computers sneller. Wetenschappers doen momenteel fundamenteel onderzoek aan componenten die bestaan uit individuele moleculen, in theorie de kleinst mogelijke componenten. "De eerste
diode op basis van een molecuul is in 2005 gemaakt", zegt promovendus Mickael Perrin. "Het werkt wel, maar tot nu waren zulke diodes vrij beroerde stoplichtjes: als ze op 'groen' stonden liep er ongeveer tien keer zoveel stroom doorheen vergeleken met 'rood'. Dat zou je, om in de
stoplichtanalogie te blijven, nog een behoorlijke verkeerschaos noemen. Vergeleken met de waardes van klassieke diodes, bijvoorbeeld in je laptop, is het weinig indrukwekkend. Die halen waardes tot wel 10.000 of 100.000."

Ethaanbrug
Mickael Perrin en zijn collega's ontwikkelden een diode op basis van een kunstmatig molecuul waarmee ze een rood/groen-waarde van 600 haalden. "Dat is veel hoger dan onderzoek hiervoor. Ons molecuul heeft aan beide zijden twee benzeenringen, met daartussen een brug van ethaan. Die brug,
eigenlijk een drempel, zorgt ervoor dat de stroom wel kan lopen als de energieniveau's aan beide zijden gelijk zijn, maar niet als ze verschillend zijn", legt Perrin uit. "Een belangrijk ander resultaat van dit onderzoek is dat we deze diode met een elektrisch veld kunnen tunen: door gebruik
te maken van een 'gateelektrode' kunnen we de energieniveaus verschuiven, en hiermee de rood/groen-waarde aanpassen. Dat kan zo laag zijn als twintig, maar ook 600. Met de gate kunnen we de waarde in de gewenste hoge stand zetten, zodat we een goed werkende diode krijgen."

Samenwerking
Het onderzoek is een samenwerking tussen nanowetenschappers van Kavli Institute of Nanoscience (Mickael Perrin, Jos Thijssen en FOM-werkgroepleider Herre van der Zant), en scheikundigen van de afdeling Chemical Engineering (Elena Galan, Rienk Eelkema en Ferdinand Grozema). Nu is het
nog fundamenteel onderzoek, maar het zou in de toekomst kunnen leiden tot nog kleinere elektronica en energiezuinigere computers. Het onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door onderzoeksfinancier NWO/FOM.

Meer informatie?
Bekijk het abstract 'A gate-tunable single-molecule diode'