Исследователи из Университетов Бирмингема и Уорика совместно с Венским университетом разработали методологию, позволяющую создавать электронные компоненты из молекулярных «нанолент» с атомарной точностью. Потенциальные области применения простираются от «умной» одежды до квантовых вычислений.
В основе разработки лежит использование донорно-акцепторной химии для сборки нанолент на металлической поверхности. Электронное поведение материала программируется заранее: молекулы, «отдающие» и «принимающие» электроны, чередуются в строго определённых последовательностях и длинах.
Фото: Interesting Engineering
«Это исследование создаёт новый набор инструментов для создания электронных материалов с атомной точностью. Сборка нанолент непосредственно на металлической поверхности позволяет получать идеально определённые структуры, чего трудно достичь с помощью традиционной химии», – пояснил Джеймс Лоуренс, руководивший значительной частью работы в качестве аспиранта Уорикского университета.
Как отметил профессор Джованни Костантини из Школы химии и Школы физики и астрономии Бирмингемского университета, хотя атомарно точные наноленты исследовались и раньше, впервые они были собраны путём прямого комбинирования донорных и акцепторных электронных блоков.
«Поскольку мы можем выбирать точное расположение этих блоков, мы способны заранее задавать их электронные свойства и реализовывать их с атомарной точностью», – добавил учёный.
В ходе проекта были успешно получены идеально определённые цепочки трёх типов: только из доноров, только из акцепторов, а также смешанные. Продвинутая микроскопия позволила визуализировать отдельные атомы и химические связи, обнаруживать мельчайшие нерегулярности и измерять поведение электронов внутри нанолент.
«Встраивая донорно-акцепторные концепции в эти стратегии поверхностного синтеза, стало возможным получать протяжённые наноленточные структуры, которые иначе трудно создать в растворе», – отметил Давиде Бонифаци из Венского университета.
Подход решает проблему ограничений графеновых нанолент при миниатюризации электроники. Графен с трудом поддаётся превращению в полупроводник, а предложенная методика позволяет обойти это ограничение.
Исследование показало, что удлинение «вседонорных» или «всеакцепторных» лент усиливает их соответствующие свойства, тогда как смешанные ленты приобретают уникальные характеристики благодаря определённым молекулярным последовательностям. Эти результаты легли в основу теоретической модели, позволяющей создавать материалы с заданными электронными свойствами путём точного контроля состава субъединиц.
«С точки зрения моделирования эти наноленты показывают, как атомарный дизайн может использоваться для точной настройки реальных электронных свойств. Учёт эффектов поддерживающей поверхности и локального окружения будет ключом к дальнейшему развитию этого подхода», – подчеркнул Габриэле Соссо из Уорикского университета.
Исследователи уже приступают к следующему этапу: применению атомарного дизайна для создания более эффективных солнечных элементов и высокочувствительных сенсоров. Будущие разработки, которые может обеспечить эта технология, включают гибкую органическую электронику, которую можно печатать или наносить непосредственно на материалы (например, для «умной» одежды), сверхмалые схемы для устройств Интернета вещей и высокоточную биоэлектронику, пригодную для имплантации человеку или животным.
Источник: Interesting Engineering
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0