Een onderzoeksteam van de Universiteit van Columbia en de Molecular Foundry van het Berkeley Lab (Californië) heeft een belangrijke mijlpaal in de moleculaire elektronica bereikt met de creatie van een één-molecule-diode die de prestaties van zijn voorgangers met een factor 50 overtreft. In de elektronica-industrie waar ‘kleiner en sneller’ de belangrijkste drijfveer is, vormen onderdelen met moleculaire afmetingen het ultieme doel bij de miniaturisatie van elektronica.

Een doorsnee-diode bestaat uit een p-n-junctie tussen een elektrodenpaar (anode en kathode) die de stroom slechts in één richting doorlaat. Dit komt doordat de asymmetrie van de p-n-junctie een ‘aan/uit’-transportomgeving voor de elektronen vormt. Wetenschappers hebben al eerder geëxperimenteerd met diodes die bestaan uit één enkel molecuul, waarbij ze gebruik maakten van synthetisch geproduceerde asymmetrische moleculen of van symmetrische moleculen met elektroden die van verschillende metalen waren gemaakt. De op deze manier verkregen asymmetrische juncties hadden echter een kleine doorlaatstroom en een kleine gelijkrichtingsverhouding (de verhouding van doorlaatstroom en sperstroom bij constante spanning).

De onderzoekers maakten gebruik van een speciaal ontworpen symmetrisch molecuul in een sterk asymmetrische omgeving bestaande uit een ionische oplossing en twee gouden elektroden met sterk verschillende oppervlakte-eigenschappen. Hiermee werd een diode gemaakt met een gelijkrichtingsverhouding van meer dan 200, een record voor één-molecule-diodes.

Illustratie: Jeff Neaton / Berkeley Lab