Cap a una millor caracterització dels transistors moleculars
5 de març de 2018
Un equip internacional d'investigadors proposa un nou mètode que empra camps magnètics per distingir entre unions moleculars amb i sense interaccions electròniques.
Les unions moleculars són un tipus de component electrònic d'escala nanomètrica. Aquests dispositius consisteixen en dos elèctrodes metàl·lics i una molècula col·locada entre ells a manera de pont per a les càrregues elèctriques que viatgen entre els elèctrodes. Les unions moleculars tenen aplicacions en el disseny de dispositius electrònics més eficients, doncs la seva reduïda grandària suposaria poder integrar un nombre de components major que amb transistors convencionals. Ara bé, abans cal entendre bé el mecanisme de transport electrònic en les unions moleculars. Aquest estudi ha proposat i verificat un mètode que determina si els electrons de conducció sofreixen o no interaccions fortes de repulsió dins de la molècula.
Una de les particularitats de les unions moleculars són els fenòmens quàntics que apareixen en ells a causa de la seva reduïda grandària. Entre els efectes quàntics més destacats es troba la discretització dels nivells energètics a l'interior de la molècula. Quan la molècula s'uneix a contactes metàl·lics, la separació entre els nivells energètics canvia fortament en relació amb la situació en què la molècula està lliure. D'altra banda, com els electrons són partícules amb càrrega elèctrica, estan exposats a la repulsió coulombiana a l'espai confinat per la molècula. Aquesta repulsió pot ser apantallada pels contactes metàl·lics, per aquest motiu sigui fonamental esbrinar si una unió molecular està subjecta a interaccions electròniques o no, ja que això determinarà les propietats elèctriques que es mesuren en el laboratori.
Un estudi internacional en el qual han participat investigadors d'EUA, Singapur, Xina
i l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC, UIB-CSIC) ha publicat un
article en el qual detallen un nou mètode per distingir entre unions moleculars amb o
sense interaccions repulsives importants. Per a això, es valen de la resposta de la molècula
a la presència d'un camp magnètic. Es demostra que aquesta resposta és diferent
depenent de si la unió molecular presenta o no interaccions electròniques. En el cas
d'unions moleculars amb interaccions, el camp magnètic causarà un desplaçament dels
nivells discrets d'energia, que s'acostaran o s'allunyaran entre si depenent del canvi d'espín
de la molècula. Per contra, en unions moleculars sense interaccions apreciables els nivells
energètics es fragmentaran en parells. En conseqüència, és possible determinar si una unió
molecular està sotmesa a repulsions electròniques analitzant com es comporten els nivells
moleculars en el si d'un camp magnètic extern. A l'article es mostra que la predicció
teòrica és consistent amb mesures realitzades en compostos moleculars de ferroceno, la
qual cosa representa un important avanç en la caracterització precisa de transistors
moleculars.
Miguel A. Sierra, David Sanchez, Alvar R. Garrigues, Enrique del Barco, Lejia Wang, Christian A.
Nijhuis. Nanoscale. DOI: 10.1039/c7nr05739c
