Powstają jednocząsteczkowe urządzenia elektroniczne
Przewody molekularne proponowane są jako elementy budulcowe mogące tworzyć molekularne urządzenia elektroniczne, łączące różne części molekularnego obwodu elektrycznego. Przyłączenie końcówek cząsteczek do elektrod, tak by elektrony mogły swobodnie przemieszczać się z i do przewodu, należy do największych problemów, na jakie natrafiają naukowcy próbujący stworzyć niezawodne i powtarzalne styki elektryczne. Zakotwiczenie cząsteczek w elektrodach jest jednym ze sposobów na uzyskanie dobrej styczności elektrycznej. Stabilność i własności elektryczne urządzeń jednocząsteczkowych uzależnione są od odpowiedniego doboru grup chemicznych tworzących połączenie. W ramach projektu SINGLE-MOLEC-SWITCH (Developing single-molecule switches for applications in nanoscale organic devices) naukowcy stworzyli stabilne połączenia molekularne z grupami stykowymi, po raz pierwszy wykorzystanymi do tego celu (1-alkinami). Przeprowadzone badania wykazały, że grupy alkinowe są stabilne i mają wysokie powinowactwo ze złotem, co otwiera drogę do dalszych badań jednocząsteczkowego transportu na półprzewodnikowych platformach elektronicznych. Wykorzystanie różnych rodzajów elektrod półprzewodzących i domieszkowania umożliwiło kontrolowanie transportu ładunku przez połączenia. Naukowcy opracowali nową koncepcję budowy wysoce wydajnych jednocząsteczkowych styków elektrycznych, wykorzystującą kompleksy koordynacyjne. Zamiast stosowania kosztownych i czasochłonnych metod modyfikowania cząsteczek porfiryny, zespół sfunkcjonalizował dwie elektrody przy pomocy ligandów pirydyny, związanych z metalicznym centrum porfiryny. W efekcie uzyskano nową płaską konfigurację cząsteczek porfiryny, tworzących jednocząsteczkowe połączenia cechujące się bardzo dużą żywotnością i wysokim współczynnikiem przewodności. Kontrolowana manipulacja pojedynczymi cząsteczkami jest niezbędna do budowy nanoskalowych obwodów. Naukowcom udało się zsyntetyzować wyjątkowy rodzaj fotoprzełącznika opartego na spiropyranie, znanym ze swoich właściwości fotochromowych. Pod wpływem napromieniowania światłem można zmieniać w sposób odwracalny stan tego przełącznika molekularnego ze sprzężonego na podstawowy. Ponadto jest to pierwszy przełącznik jednocząsteczkowy, który przełącza się między dwoma stanami nie tylko pod wpływem światła, ale także kombinacji innych bodźców zewnętrznych. Uczeni przyspieszyli reakcję poszczególnych przewodów molekularnych przy pomocy pól elektrycznych (2016 Nature, 531, 88–91). Jest to pierwszy eksperymentalny dowód na katalizowanie przez pola elektryczne reakcji innych niż redoks na poziomie pojedynczych cząsteczek. Kontrolowanie cząsteczek tworzących efektywne styki elektryczne pozwoli pewnego dnia na uzyskanie nowych elementów budulcowych dla układów elektronicznych, zastępujących aktualnie stosowanie mikrosystemy. Maleńkie obwody molekularne umożliwią zmniejszenie kosztów i rozmiarów urządzeń elektronicznych, prowadząc do powstania rewolucyjnej technologii, mogącej znaleźć zastosowanie w ochronie środowiska i opiece medycznej. Przykładami takich zastosowań elektroniki molekularnej mogą być instrumenty analityczne do wczesnego wykrywania szkodliwych związków chemicznych czy markery biologiczne rozwoju różnych chorób.
Słowa kluczowe
Jednocząsteczkowe, urządzenia elektroniczne, nanoskalowe, przełącznik molekularny, SINGLE-MOLEC-SWITCH
