Onderzoekers ontwikkelen moleculaire transistor

Een internationaal gezelschap onderzoekers heeft een transistor ontwikkeld die slechts één molecuul als sleutelelement bevat. Bovendien is de transistor met behulp van spanning te reguleren, maar de productie ervan is nog problematisch.

De onderzoeksgroep van Hyunwook Song is erin geslaagd een transistor te bouwen die afhankelijk is van een enkel molecuul. Andere onderzoekers slaagden hier eerder al in, maar het aansturen van hun transistors vergde radicaal andere technieken dan de aansturing van halfgeleider-transistors, die met een variabele spanning worden aangestuurd. De Zuid-Koreaanse en Amerikaanse onderzoekers ontwikkelden echter een spanningsgestuurde transistor waarvan de gate uit één molecuul bestaat en publiceerden hun werk in de wetenschappelijke uitgave Nature.

Zij maakten een nano-gat in een gouddraad, waardoor net genoeg ruimte ontstond om een enkel molecuul in te passen. De twee uiteinden van de gouddraad dienden als source en sink, terwijl het molecuul in het gat de verbindende gate vormde. Onder de gate werd een elektrode van aluminiumoxide geplaatst, waarover een stuurspanning gezet kon worden om de transistor te laten geleiden of sperren. De onderzoekers probeerden twee moleculen, die uit een koolstof-skelet met zwavelatomen aan de uiteinden bestonden.

Wanneer een recht koolstofskelet werd gebruikt als gate, werd de transistor spanningsafhankelijk geleidend, maar het effect was gering. Door een benzeenring als koolstofskelet te gebruiken, was de stroom die tengevolge van een negatieve stuurspanning tussen de gouden elektroden door liep groter. De diffuse elektronenwolk van de benzeenring liet de elektronen makkelijker van de ene naar de andere goud-elektrode stromen.

Met behulp van iets, een meettechniek die de vibratie van atomen in een molecuul meet, verifieerden de onderzoekers dat de zwavelbenzeen-verbinding daadwerkelijk als gate functioneerde en dat de verbinding spanningsafhankelijk reageerde en stroom doorliet. Daarmee zijn de onderzoekers weer een stukje dichterbij het verder verkleinen van transistors, hoewel ook andere onderdelen naast de gate nog verkleind moeten worden. Ook de productie van de moleculaire gates is lastig: minder dan tien procent van de geproduceerde transistors functioneerde als bedoeld.