Auto-assemblaggio molecolare per l’elettronica futura

Molecole che si autoassemblano, formando strutture stabili con una precisione che raggiunge i nanometri. È questo il futuro dell’elettronica prospettato da un nuovo studio della Aalto University di Helsinki, del Politecnico di Milano e del VTT Technical Research Centre of Finland, pubblicato di recente su Nature Communications. La ricerca dimostra infatti che è possibile far sì che le molecole delle maschere (template) degli elementi conduttori dei microchip si dispongano spontaneamente, senza stimoli esterni, con un ordine determinato dai ricercatori. Un processo che fino ad oggi risultava difficilmente controllabile, e che apre nuove strade nella realizzazione di microchip sempre più piccoli e potenti.

“Abbiamo utilizzato una nuova interazione intermolecolare, il legame ad alogeno, scoperta presso il Dipartimento di Chimica del Politecnico di Milano, per assemblare reversibilmente un polimero con una molecola fluorurata in una sorta di Lego molecolare – spiega Pierangelo Metrangolo, uno degli autori dello studio – L’aggregato supramolecolare che si viene così a formare si auto-organizza poi spontaneamente in una struttura lamellare nanometrica (10 nm) che sorprendentemente si estende per millimetri. Ciò ha consentito di “scrivere” su una larga superficie, ed in maniera molto precisa, una struttura a lamelle nanometriche attraverso un semplice processo “bottom-up” di auto-organizzazione molecolare che siamo stati in grado di indurre e guidare”.

L’auto-assemblaggio molecolare, concetto mutuato dalla natura, porta all’organizzazione spontanea delle molecole in strutture sopramolecolari più complesse e funzionali, codificando la “ricetta” del materiale da ottene nella struttura chimica stessa delle molecole auto-assemblanti. L’auto-assemblaggio molecolare è stato finora utilizzato per il “templating” (modellazione) di dispositivi funzionali, fili molecolari, elementi di memoria… ma solitamente richiede passaggi di lavorazione aggiuntivi per ottenere un allineamento esteso delle strutture.

Ora si è scoperto che, ingegnerizzando elementi di riconoscimento intermolecolare tra polimeri e piccole molecole fluorurate, è possibile promuoverne lo spontaneo auto-assemblaggio da nm a mm, grazie a un attento utilizzo delle interazioni non covalenti. Dopo la lavorazione, si può scegliere di rimuovere le molecole fluorurate mediante trattamento termico, mantenendo però la nanostruttura del polimero.

Riferimenti: Halogen-bonded mesogens direct polymer self-assemblies up to millimetre length scale; Nikolay Houbenov, Roberto Milani, Mikko Poutanen, Johannes Haataja, Valentina Dichiarante, Jani Sainio, Janne Ruokolainen, Giuseppe Resnati, Pierangelo Metrangolo & Olli Ikkala; Nature Communications doi:10.1038/ncomms5043

Credits immagine: Matt Laskowski/Flickr

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