Si avvicinano i dispositivi elettronici a singola molecola
I cavi molecolari costituiscono gli elementi basilari proposti per i dispositivi elettronici molecolari, collegando diverse parti di un circuito elettrico molecolare. Il fissaggio delle estremità delle molecole agli elettrodi, in modo tale che gli elettroni possano muoversi liberamente dentro e fuori dal cavo, costituisce uno dei maggiori problemi che i ricercatori incontrano nel tentativo di creare contatti elettrici affidabili e riproducibili. Il fissaggio delle molecole agli elettrodi è un modo per ottenere un buon contatto elettrico. La corretta scelta dei gruppi chimici che operano la connessione governa la stabilità e le proprietà elettriche dei dispositivi a singola molecola. Nell’ambito del progetto SINGLE-MOLEC-SWITCH (Developing single-molecule switches for applications in nanoscale organic devices), gli scienziati hanno riportato la formazione di giunzioni molecolari stabili con gruppi di contatti utilizzati per la prima volta (1-alchini). I risultati hanno dimostrato che i gruppi alchini sono stabili e vantano alta affinità con l’oro, aprendo la porta a ulteriori studi di trasporto su singola molecola a livello di piattaforme elettroniche di semiconduttori. L’utilizzo di diversi tipi di elettrodi semiconduttori e drogaggi ha consentito di controllare il trasporto della carica attraverso le giunzioni. Gli scienziati hanno introdotto un nuovo concetto per la costruzione di contatti elettrici a singola molecola ed elevata efficienza, sfruttando complessi di coordinamento. Anziché usare metodi costosi che richiedono tempo per modificare le molecole di porfirina, il team ha funzionalizzato due elettrodi con leganti piridinici legati al centro con complesso metallo-porfirine. Il risultato è stata una nuova configurazione piatta di molecole di porfirina che formano giunzioni a singola molecola di lunga durata ed elevata conducibilità. La manipolazione controllata di singole molecole è altamente necessaria nella progettazione di circuiti nanometrici. Gli scienziati hanno sintetizzato con successo un unico tipo di fotoswitch basato sullo spiropirano, noto per le sue proprietà fotocromatiche. Tale interruttore molecolare potrebbe essere reversibilmente commutato da forma coniugata e proprio stato fondamentale, mediante irradiazione di luce. Inoltre, costituisce il primo interruttore a molecola singola in grado di commutare tra due stati attivati non solo attraverso la luce, ma anche grazie a una combinazione di altre influenze esterne. Inoltre, uno scienziato è riuscito ad accelerare la reazione di singoli cavi molecolari mediante campi elettrici (2016 Nature, 531, 88-91). Questa è la prima prova sperimentale relativa a campi elettrici in grado di catalizzare reazioni non redox a livello di singola molecola. Eventuali molecole controllabili che formano contatti elettrici affidabili saranno un giorno i prossimi elementi fondamentali dell’elettronica, sostituendo gli elementi attuali dei circuiti aventi microdimensioni. Tali circuiti molecolari ridurranno i costi e le dimensioni dei dispositivi elettronici, portando a una tecnologia rivoluzionaria altamente benefica per l’ambiente e la sanità. I dispositivi di analisi per la diagnosi precoce di sostanze chimiche nocive e di marcatori biologici che indicano l’insorgenza di malattie sono solo alcune delle interessanti applicazioni per l’elettronica molecolare.
Parole chiave
Singola molecola, dispositivi elettronici, scala nanometrica, interruttore molecolare, SINGLE-MOLEC-SWITCH