Danske kemikere i gennembrud for molekylærchips
Elektroniske komponenter bygget op af enkelte molekyler med kemiens metoder kan åbne vejen for mindre, hurtigere og mere miljøvenlig elektronik. Nu er det for første gang lykkedes at få en transistor bestående af et molekylært enkeltlag til at virke, der hvor det virkelig gælder.
Gennembruddet er gjort mulig takket være innovativ brug af det todimensionelle kulmateriale grafen. Foto/Colourbox
Deres opdagelse, ”ultratynd reduceret grafenoxidfilm som transparent topkontakt for lyskontrollerede molekylære chips” er netop offentliggjort i det særdeles prestigefulde tidsskrift Advanced Materials. Gennembruddet er gjort mulig takket være innovativ brug af det todimensionelle kulmateriale grafen.
Første skridt mod integreret molekylært kredsløb
Kasper Nørgaard er kemiker ved Københavns Universitet og han mener, at den nyudviklede grafenchip i første omgang vil gøre det lang lettere at teste kommende molekylærelektroniske komponenter. Men den er også første skridt på vejen mod en egentlig molekylærchip.
- Grafen har nogle meget interessante egenskaber, som ikke kan matches af noget andet materiale. Nu har vi som de første vist, at det kan lade sig gøre, at sætte en funktionelt molekylærelektronisk komponent ind i en grafenchip. Vi synes faktisk det her er forsidestof, siger Nørgaard.
Gennemsigtig sandwich afgørende for funktion
Den molekylære computerchip er en sandwich bestående af et tyndt lag guld, et lag med molekylestore elektroniske komponenter og et lag bestående at det ultratynde kulmateriale grafen.
Den molekylære transistor i sandwichen kan tændes og slukkes ved hjælp af lys, og det er her grafens egenskaber har været uundværlige. For selv om grafen består af kul, slipper det næsten alt lyset igennem.
Vigtigt for miljø, vigtigere for startegisk uafhængighed
Transistorer, ledninger, kontakter og andre elektroniske komponenter bestående af enkeltmolekyler har længe været et stort forskningsområde.
For at lave traditionelle elektroniske komponenter skal man ofte bruge både tungmetaller og sjældne jordarter, og den slags bestanddele kan både være kostbare at smide væk og skadelige, hvis de ender i miljøet. Molekylærelektronik derimod vil med tiden kunne laves næsten uden sjældne, kostbare eller miljøskadelige grundstoffer.
Test var mere held end forstand
Desværre har det været meget vanskeligt at finde ud af om de molekyler, man opfandt, nu også virkede efter hensigten. Når de mikroskopiske komponenter skulle testes, måtte forskerne tidligere ty til metoder der mest af alt minder om lotteri.
Hvis de ville se om et lovende molekyle kunne lede strøm, måtte de populært sagt ”smide” deres testkomponenter ned mellem to strømførende ledninger og håbe på, at en af komponenterne var landet, så der blev kontakt.
Lotterimetoden for test og målinger afløses af præcision
Med den nye grafenchip kan molekylerne anbringes meget mere velordnet og med stor præcision. Dermed bliver det langt hurtigere at teste om molekylære ledninger kan føre strøm, om molekylære kontakter kan slukke for strømmen, og om molekylære dioder kan styre strømmens retning.
Men det bliver også hurtigere at afklare om kemikerne må tilbage til kolberne og udvikle nye funktionelle molekyler, forklarer Kasper Nørgaard.
- Vi har lavet et design, som kan rumme mange forskellige typer molekyler, siger han og fortsætter:
- Fordi det er tættere på rigtigt chipdesign, er det blevet meget nemmere at teste komponenter. Men det er naturligvis også et skridt nærmere egentlige integrerede kredsløb med molekylære komponenter. Og det er altså i et integreret kredsløb at komponenterne skal ende, hvis det skal kunne bruges til noget i det virkelige liv.
Arbejdet er støttet af det Dansk-Kinesiske center for molekylær nanoelektronik og finansieret af Danmarks Grundforskningsfond, EU's 7. rammeprogram (FP7) og Lundbeckfonden.
