Molekulare „Werkzeugkiste“ könnte Chips und intelligente Textilien der nächsten Generation antreiben

Forscher der Universitäten Birmingham und Warwick sowie der Universität Wien haben eine „Werkzeugkiste“ für die nächste Generation von Technologien freigeschaltet.

Insbesondere könnte sie beim Aufbau elektronischer Bauteile aus molekularskaligen elektronischen „Nanoribbons“ mit atomarer Präzision helfen. Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig und reichen von intelligenter Kleidung bis hin zu Quantencomputern.

„Diese Forschung schafft eine neue Werkzeugkiste zum Aufbau elektronischer Materialien mit atomarer Präzision.

Das direkte Aufbauen von Nanoribbons auf

Das direkte Aufbauen von Nanoribbons auf einer Metalloberfläche kann perfekt definierte Strukturen erzeugen, was mit herkömmlicher Chemie schwierig zu erreichen ist“, sagte James Lawrence, der viel von dieser Arbeit als Doktorand an der Universität Warwick mitleitete. Fotographische und diagrammatische Darstellung einer Reihe von Nanoribbons.

Foto-Credit: James LawrenceDonor-Akzeptor-ChemieBei dieser Entwicklung wurde die Donor-Akzeptor-(D–A)-Chemie verwendet, um Nanobänder mit atomarer Präzision zu bauen.Das elektronische Verhalten des Materials kann durch das präzise Abwechseln von Molekülen, die Elektronen in spezifischen Sequenzen und Längen „geben“ und „aufnehmen“, vor der Montage programmiert werden.„Obwohl atomar präzise Nanobänder zuvor erforscht wurden, ist dies das erste Mal, dass sie durch die direkte Kombination von Elektronendonor- und Akzeptoreinheiten hergestellt wurden“, sagte Professor Giovanni Costantini von der School of Chemistry und der School of Physics and Astronomy an der University of Birmingham.

„Da wir genau bestimmen können, wo diese Einheiten erscheinen, können wir deren elektronische Eigenschaften im Voraus entwerfen und sie mit atomarer Präzision realisieren“, fügte Costantini hinzu. Interessanterweise produzierte das Projekt erfolgreich perfekt definierte Donor-nur-, Akzeptor-nur- und gemischte Molekülketten.

Die fortgeschrittliche Mikroskopie ermöglichte die Visualisierung

Die fortgeschrittliche Mikroskopie ermöglichte die Visualisierung einzelner Atome und chemischer Bindungen, was die Erkennung winziger Unregelmäßigkeiten und die Messung des Elektronenverhaltens innerhalb der Nanobänder ermöglichte.

„Durch die Einbettung von Donor-Akzeptor-Konzepten in diese Oberflächen-Fertigungsstrategien war es möglich, ausgedehnte Nanobandstrukturen herzustellen, die in Lösung ansonsten schwer zu erzeugen sind“, sagte Davide Bonifazi von der Universität Wien.

Dieser Ansatz adressiert die Einschränkungen von Graphen-basierten Nanobändern für die Schrumpfung der Elektronik. Aber Graphen ist hartnäckig.

Es möchte nicht von Natur aus

Es möchte nicht von Natur aus ein Halbleiter sein. Die nächste Generation der Elektronik.

Darüber hinaus ergab die Studie, dass die Verlängerung von „all-D“- oder „all-A“-Bändern die jeweiligen spendenden oder akzeptierenden Stärken erhöhte, während gemischte Bänder ihre einzigartigen Eigenschaften aus spezifischen Molekülsequenzen ableiteten.

Diese Ergebnisse etablierten ein theoretisches Modell, das die Erstellung maßgeschneiderter Materialien mit anwendungsspezifischen elektronischen Eigenschaften durch präzise Steuerung der Untereinheitszusammensetzung ermöglicht.

Aus Sicht der Modellierung zeigen diese

„Aus Sicht der Modellierung zeigen diese Nanobänder, wie ein Design auf atomarer Skala genutzt werden kann, um reale elektronische Eigenschaften fein abzustimmen.

Das Erfassen der Auswirkungen der Trägeroberfläche und der lokalen Umgebung wird entscheidend sein, um diesen Ansatz weiter zu steuern“, sagte Gabriele Sosso von der University of Warwick in der Pressemitteilung.

Die Forscher bewegen sich bereits zum nächsten Schritt hin: der Anwendung dieses atomaren Designs zur Erstellung effizienterer Solarzellen und fortschrittlicher Sensoren.

Zukünftige Entwicklungen, die durch diese Technik

Zukünftige Entwicklungen, die durch diese Technik ermöglicht werden, umfassen flexible organische Elektronik, die direkt auf Materialien wie Smart Clothing gedruckt oder aufgetragen werden kann.

Darüber hinaus könnte die Technologie die Erstellung von ultrakleinen Schaltkreisen für Internet-of-Things (IoT)-Geräte und hochpräzise Bioelektronik für menschliche oder tierische Implantate unterstützen. Die Forschungsergebnisse wurden am 23.

April im Journal Nature Communications veröffentlicht.