Vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR usnadnili miniaturizaci elektrických obvodů

Vědci na celém světě zkoumají součástky stále menších, prakticky molekulárních rozměrů. Mezinárodní tým z Fyzikálního ústavu AV ČR a Tokijského technologického institutu nyní vyvinul novou metodu, která přispěje k miniaturizaci elektrických obvodů v elektronice. Svůj objev publikovali v prestižním vědeckém časopisu Chemical Science.

Při zkoumání vlastností molekul potenciálně využitelných v miniaturních obvodech vědci narážejí na řadu problémů. Jedním z nich je porozumění konfiguraci kontaktů molekul s kovovými povrchy elektrod, která ovlivňuje důležité vlastnosti spojů, např. vodivost. Mezinárodnímu týmu, který vznikl ze spolupráce Fyzikálního ústavu AV ČR a Tokijského technologického institutu (Tokyo Institute of Technology), se podařilo významně přispět k odstranění této překážky.

„Nová metoda umožní kontrolovat geometrii přechodu mezi kovovými elektrodami a molekulou. Učinili jsme tak krok k překonání jednoho z hlavních úskalí při realizaci stabilních a reprodukovatelných molekulárních obvodů,“ říká vedoucí českého týmu z oddělení tenkých vrstev a nanostruktur Fyzikálního ústavu Héctor Vázquez. „Úspěchu jsme dosáhli ve spolupráci s japonskými kolegy, jejichž měření jsme s využitím numerických simulací ztotožnili s konkrétními typy vazby. Právě kombinace různých technik je základem úspěšné nové metody,“ dodává Vázquez.

Simulace tří stabilních vazebných konfigurací molekuly (zleva: v přemostění mezi dvěma atomy, nad vmezeřenou pozicí mezi více atomy, nad jedním atomem) | Fyzikální ústav AV ČR 

Zlaté elektrody

Připojení molekuly ke zdrojové a odtokové elektrodě se uskutečňuje pomocí chemických vazeb vytvořených mezi propojovacími funkčními skupinami na molekule (linkery) a atomy zlatých elektrod. Vlastnosti spoje (včetně důležité vodivosti) jsou ovšem silně ovlivněny detaily geometrie vazby. Obzvlášť významné je ovlivnění v případě nejčastěji používaných linkerů obsahujících síru.

Tato geometrie se však rychle mění za podmínek, ve kterých jsou experimenty nejčastěji prováděny – v roztoku nebo za přístupu vzduchu a při pokojové teplotě – a nemůže být snadno detekována. Změny geometrie pak způsobují řádové (až o dva řády) změny ve vodivosti spoje a výrazně tak ztěžují studium vhodnosti molekul pro použití v mikroelektronice.

Kombinací různých metod dokázali vědci rozlišit mezi třemi vazebnými konfiguracemi molekuly –  konfiguraci v přemostění mezi dvěma atomy (bridge), nad vmezeřenou pozicí mezi více atomy (hollow) a nad jedním atomem (atop).

Skupina Manabu Kiguchiho z Tokijského technologického institutu uskutečnila souběžná měření povrchem zesíleného Ramanova rozptylu a voltampérové charakteristiky. Skupina Héctora Vázqueze na Fyzikálním ústavu provedla počítačové modelování založené na tzv. teorii funkcionálu hustoty (DFT). Změny vodivosti a Ramanových frekvencí charakteristických pro molekulu, změřené experimentálně, tak byly pomocí simulací přiřazeny k jednotlivým prostorovým konfiguracím. Přivedením malého napětí se vědcům podařilo také vyvolat přesuny mezi různými vazebnými místy.

Autor: Radek Kříček, Fyzikální ústav AV ČR ve spolupráci s Alicí Horáčkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Zdroj: AV ČR