Un diodo fatto con una singola molecola

Sono tra i componenti elettronici più utilizzati nei circuiti integrati. Si chiamano diodi, e il loro funzionamento è piuttosto semplice: permettono alla corrente elettrica di circolare in un’unica direzione all’interno del circuito, bloccandone il flusso nella direzione opposta. I fisici della Columbia Engineering, coordinati da Latha Venkataraman, sono appena riusciti a mettere a punto il “sacro Graal” dell’elettronica molecolare: un diodo composto da una singola molecola, primo al mondo nel suo genere, con prestazioni fino a cinquanta volte superiore rispetto ai dispositivi tradizionali. I dettagli della scoperta sono stati pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology.

“Con il nostro approccio”, spiega Venkataraman, “abbiamo messo a punto un diodo a singola molecola, un dispositivo finora considerato una chimera nell’ambito delle nanotecnologie. Il diodo è l’espressione del più alto grado di miniaturizzazione raggiungibile per un dispositivo elettronico”. È dal 1974 che i ricercatori cercavano di sviluppare un dispositivo del genere, quando Arieh Aviram e Mark Ratner teorizzarono che una singola molecola poteva comportarsi, sotto certe condizioni, come un conduttore di corrente elettrica in una sola direzione. Dal momento che i diodi sono una sorta di valvole elettroniche, la loro struttura deve essere asimmetrica, così da consentire alla corrente di scorrere solo in un verso: gli scienziati della Columbia, quindi, hanno cercato molecole con strutture asimmetriche.

“Mentre alcune molecole asimmetriche, in effetti, hanno alcune caratteristiche proprie dei diodi”, continua Venkataraman, “altre non ne hanno. Un diodo ben progettato dovrebbe consentire alla corrente di scorrere solo in una direzione con poca resistenza. Il problema principale delle molecole asimmetriche è che il rapporto tra la corrente che fluisce in una direzione e quella che fuisce nell’altra – il cosiddetto rectification ratio – è troppo basso”. Per superare questo problema, l’équipe ha immerso la molecola in una soluzione ionica con elettrodi d’oro di differenti dimensioni per generare l’asimmetria: in questo modo, il dispositivo ha raggiunto una rectification ratio di 250 (in altre parole, la corrente che scorre in un verso è 250 volte superiore rispetto a quella che fluisce nell’altro), cinquanta volte maggiore rispetto ai modelli precedenti. I ricercatori, adesso, stanno lavorando per aumentare ulteriormente le performance del dispositivo, usando nuovi sistemi molecolari.

Credits immagine: Latha Venkataraman, Columbia Engineering
Via: Wired.it