مع "الدومينو" الجزيئية إلى سلك النانو

السلاسل النانوية المتوازية بفضل التجميع الذاتي الجزيئي

نانوير © إمبا
قراءة بصوت عال

مع تقدم المنمنمات في الإلكترونيات الدقيقة ، يصبح من الصعب للغاية تصنيع المكونات الصغيرة. التجميع الذاتي الجزيئي هو الكلمة السحرية التي تجعل قلوب المستكشف تنبض بسرعة أكبر. نجح العلماء الآن في ترك جزيئين عضويين على سطح الذهب المعد لترتيب سلاسل متوازية - إلى الأسلاك النانوية.

لبعض الوقت الآن ، تمكن الباحثون من "تصميم" جزيئات معينة لربطها مع بعضها البعض في ترتيب تناوب ، وفي ظروف معينة ، لتشكيل سلاسل ، على سبيل المثال على السطوح. يجب التفكير في ذلك على أنها لعبة الدومينو - ولكن بدون لاعب ؛ الصفوف تتشكل من تلقاء نفسها. لأن الأسطح - حتى الأسطح الملساء للغاية - تظهر دائمًا مخالفات على المستوى الذري ، مثل الخطوات ، والتي تشكل عقبات لا يمكن التغلب عليها بالنسبة للسلاسل الجزيئية.

ونظرًا لأن المستويات العالية ، والتي لا يتجاوز ارتفاعها سوى عدد قليل من الطبقات الذرية ، يتم توزيعها بشكل عشوائي على السطح ، فإن السلاسل الجزيئية أيضًا ترتب نفسها بشكل غير منتظم على السطح. بالطبع ، يمكن فقط رؤية أو رؤية المطبات تحت مجهر المسح النفقي. يقوم طرف متناهية الصغر ، تم تطبيق الجهد الكهربائي عليه ، بمسح السطح. إذا كان الطرف قريبًا بدرجة كافية من السطح ، فإن تيار النفق المزعوم يتدفق. إذا ظل هذا ثابتًا من خلال التعديل المتغير لموضع الإبرة ، يمكن جعل تضاريس السطح مرئية.

خطوات على سطح الذهب

ولكن ماذا عن رومان فاسيل وزملاؤه ، إذا كانت جميع الخطوات متوازنة مع بعضها البعض ، كما في الدرج الطويل؟ من الناحية النظرية ، سيتعين على السلاسل الجزيئية ، التي تتشكل بشكل تفضيلي على طول حواف الخطوة ، الترتيب لترتيب نمط شبكي متوازي طويل. لذا أعدت طالبة الدكتوراه مارتا كاناس فينتورا من EPF لوزان وزملاؤها إمبا أسطح بلورة ذهبية واحدة بناءً على ذلك.

بعد عدة دورات من قصف الأرجون الأيوني - خطوة تنظيف تزيل الشوائب الدقيقة من السطح - والتدفئة ، كان الباحثون مستهدفين: سطح الذهب له خطوات متوازية لا تعد ولا تحصى ، وكلها عالية بنفس الدرجة - طبقة ذرة ذهبية واحدة بالضبط (0.24 نانومتر) - ، التي تعمل أيضا بالتوازي مع بعضها البعض على مسافة منتظمة من 5.8 نانومتر. عرض

نانوتشين مزدوج

الآن هم بحاجة فقط لتبخير اللبنات الأساسية للسلاسل النانوية في فراغ عالي على سطح الذهب. تم تصنيع أحد الجزيئات العضوية بواسطة زملاء من معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ماينز خصيصًا لفريق إمبا بطريقة تمثل نوعًا من النظير في لبنة البناء الثانية: في كلا الطرفين ، احتوى كل من الجزيئين على بنيات تطابق نظيرها تمامًا في جزيء الشريك ويمكنها الالتحام به عبر ما يسمى بجسور الهيدروجين. بعد ذلك ، قام فاسيل وفريقه بفحص الأسطح مرة أخرى تحت مجهر المسح النفقي.

ما رأى الباحثون أكد أفكارهم بالكامل. بتركيزات منخفضة من لبنات بناء السلسلة ، تم تشكيل سلسلة واحدة في كل مرحلة ؛ في تركيزات أعلى سلسلة مزدوجة. وقال فاسيل إن السلاسل المزدوجة ، التي تحتوي على مناطق خالية من العيوب يبلغ طولها حوالي 30 نانومتر ، كان لها ترتيب أفضل بكثير من السلاسل المفردة ، "من المفترض أن كلا السلسلتين تستقران بعضهما البعض". بشكل عام ، كان هناك نوع من الشبكات المتكونة على سطح الذهب ، حيث كانت هناك سلاسل لا حصر لها من النانو تتوازى على فترات منتظمة.

"دراستنا هي ما يسمى ، وقد أظهرنا أنه من الممكن من حيث المبدأ أن تنمو سلاسل supramolecular في ترتيب مواز على السطوح - وهذا أكثر من نسبة يقول الباحث إمبا ، الذي سيتم نشر نتائجه قريبًا في مجلة "Angewandte Chemie".

الهدف: تحسين قدرتك على السلوك

ومع ذلك ، فإن سلاسل supramolecular التجميع الذاتي لها عيب واحد: فهي غير مناسبة كموصلات للإلكترونيات الجزيئية لأنها على اتصال مع الركيزة المعدنية - الذهب - من ناحية ، ولها الموصلية منخفضة للغاية من ناحية أخرى ، لذلك ، يعمل باحثو إمبا بشكل مكثف على طرق لترتيب الجزيئات الأكثر ملاءمة لتوصيل الطاقة على الأسطح العازلة للأسلاك فوق الجزيئية. ذات أهمية خاصة هي أيضا "للتحويل"

الجزيئات التي قد تلعب يومًا ما دور الترانزستورات في الدوائر الجزيئية ذاتية التجميع.

وفقًا لـ Fasel ، الذي ينسق أيضًا مشروع RADSAS (التصميم الرشيد وتوصيف البنى الجزيئية على السطوح) الذي روج له الاتحاد الأوروبي في برنامج الإطار السادس ، فإن الهدف طويل المدى للباحثين هو فهم التنظيم الذاتي الجزيئي بهذه الطريقة وللتحكم في أن التطبيقات على مقياس النانومتر يمكن تنفيذها ليس فقط في المختبر ، ولكن أيضًا للإنتاج الصناعي.

(إمبا ، 20.02.2007 - NPO)