Delftse onderzoekers helpen moleculaire brug voor nano-elektronica te bouwen

Met hulp van een team van de TU Delft hebben onderzoekers een moleculaire brug gebouwd die kan helpen om op nanoschaal elektronische circuits te ontwikkelen. De brug blijft bij kamertemperatuur mechanisch en elektronisch stabiel.

Om op termijn bruikbare nano-elektronica te kunnen maken, werken onderzoekers van verschillende instituten eraan om op moleculair niveau elementen te maken die te combineren zijn met grafeenelektroden. Om de stroom te kunnen controleren zochten ze naar een verbinding tussen twee grafeenelektroden die de elektronen efficiënt kan transporteren. De elektronische eigenschappen van die verbinding moeten stabiel zijn, hij moet reproduceerbaar zijn en hij moet het liefst kunnen werken op kamertemperatuur.

De moleculaire brug die de onderzoekers gemaakt hebben, bestaat uit drie onderdelen: een silaangroep, een kopgroep en een isolerende alkaanketen. De taak van de silaangroep is om de moleculen mechanisch te laten hechten aan het siliciumoxidesubstraat, beschrijft de TU Delft. De taak van de kopgroep is het vormen van een pad voor de elektronen die zich tussen de twee grafeenelektroden bewegen. De alkaanketen, tenslotte, isoleert de hechting en de kopgroep elektronisch van elkaar.

De onderzoekers konden aantonen dat de elektronische eigenschappen van de brugconstructie stabiel zijn, bij temperaturen van 20 graden boven het absolute nulpunt tot kamertemperatuur. Verder onderzoek kan van het controleerbaar geleidende element een goede kandidaat maken voor integratie in nano-elektronische systemen.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen onder de titel Robust graphene-based molecular devices in Nature Nanotechnology. Het onderzoek omvatte een samenwerking tussen het Transport at Nanoscale Interfaces-lab van het Zwitserse Empa, de universiteiten van Bazel en Bern, het Zwitserse nanowetenschapsinstituut, de Technische Universiteit Delft, de Lancaster University en de Universiteit van Warwick in het Verenigd Koninkrijk en de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem.

Schematische weergave van moleculen die verankerd zijn aan een SIO₂/Si-substraat

Reacties (21)

[TheekAzzaBreek]

Dan zie ik er de lol niet van in. Dat zou het nano-schaal equivalent van een koperbaantje zijn.

In het bron artikel is wel sprake van een 'controleerbaar geleidend element' en 'molecuul-gebaseerde functies'. Dat suggereert dat je er ook wat mee kan doen, maar helaas wordt daar verder niet op ingegaan.

[Alcmaria]

Ik voel me over het algemeen best intelligent. Dan denk ik, ik kan best meekomen. Soms daarentegen lees ik artikelen.. en dan ben ik blij dat ik direct door kan naar de vrijmibo.

[Cergorach]

Soms daarentegen lees ik artikelen..

Heb je dat ook nog als je alleen het originele artikel van de TUDelft leest?
https://www.tudelft.nl/2019/tnw/een-moleculaire-brug-verder/

[Verwijderd]

Het valt mij met name tegen dat een academisch artikel het knutselwoord onstabiel bezigt.

[Wilglide]

Beroepsdeformatie misschien, wanneer je dagelijks zoveel engels gebruikt dat je het correcte Nederlands gaat vergeten. Unstable is qua klank dichterbij en wel correct engels.

[DutchKevv]

Vind het super interessant! En in de comments leer je nog eens minimaal zoveel als in het geschreven artikel (*hint, wie verduidelijkt dit voor ons? )

[extreem off-topic]

Same here! Maar het geeft mij persoonlijk altijd een 'motiverend' gevoel, omdat er zo veel 'ontdekt' word.

Op 1 van mijn eerste jobs vertelde mijn toen tech-lead:

je zit in de 'gevarenzone' op het moment, dat je te lang denkt, dat je alles weet en de beste bent..
ofwel je beseft niet hoe groot de wereld is, en hoeveel slimme mensen, met nieuwe tech komen, of je bent stront arrogant.

Beide is killing voor je carriere.
[/extreem off-topic]

[Reactie gewijzigd door DutchKevv op 23 juli 2024 13:16]

[Stygeon]

Okee, omdat het gevraagd werd:

Eigenlijk is het niet meer dan een manier om een geleidend laagje te maken tussen twee stukken grafeen. De grafeen wordt dan "elektrodes" genoemd, en er is dus vraag naar het kunnen verbinden van die elektrodes. Grafeen is soort van 2D, een plaat van slechts één atoom dik, en die plaat ligt dan op glas. En er zijn dus twee stukken grafeen, en die moeten dus geleidend aan elkaar vast, want dan kun je beter moleculaire electronica knutselen. Dat is de missie.

De verbinding heeft twee eisen:
• Mechanische stabiliteit, en
• Stabiele geleiding

De uitvinders zijn trots op het gegeven dat ze die twee eigenschappen los hebben gekoppeld door een speciaal molecuul te ontwerpen.

Open nu deze pdf. Het is de "supporting info" van het artikel, wat het voordeel heeft dat het gratis toegankelijk is (artikel zelf moet je voor betalen, want zo rollen die beroemde tijdschriften). Kijk naar figuur 1, en dan het molecuul rechts (met de 3 er onder). Dit is het speciale molecuul.

De silaan onderaan (Si met drie keer een O er aan) is een groep die eigenlijk een minimale unit glas is. Dit smelt aan groter glas vast (als je glas goed schoon is, maar daar zorgen ze wel voor). Hierdoor krijg je dus op een glasplaat de situatie dat dit molecuul covalent (zeg maar "mechanisch") vast komt te zitten.

Dan de alkaan (zigzag met drie punten, tussen Si en N). Dit is "plastic" en isoleert. Het zorgt ervoor dat het volgende onderdeel niet in electronische verbinding staat met de glasplaat waar het molecuul aan vast zit.

Dan de geleidende kop (drie ringen aan elkaar, waarvan de middelste ring een N heeft). Deze tricycle gaan we zo meer over praten hieronder, maar dit is het geleidende deel. Hierdoor gaat de stroom lopen, als er eenmaal voldoende van deze koppen in een rijtje staan.

Ten slotte de stabilisator (die twee zeshoeken als mickey mouse oren). Die zijn uitgezocht opdat ze niets anders doen dan "op de goede manier in de weg zitten", en er voor zorgen dat de geleidende koppen als grotere oppervlakten/platen op elkaar liggen, wat stabieler is (een stapel bierviltjes ligt stabieler dan een stapel postzegels).

Waarom deze geleider goed is, is te zien in figuur 2 van de pdf. De rode en blauwe blobs, die geven aan welke orbitalen van het molecuul bij geleiding betrokken zullen zijn (orbitalen zijn zeg maar "plekken waar elektronen kunnen gaan hangen" - en ja, inderdaad, eentje heet HOMO [en ja, inderdaad, we hebben wel eens een boze evaluatie gekregen na een RIE inspectie omdat er op het whiteboard in het lab heel groot HOMO geschreven stond #woke]).
Wat nou opvalt is dat die rode en blauwe blobs mooi in die geleidende kop zitten, grotendeels. Dus naar verwachting zal een parallelle rij van deze moleculen een electron ook mooi in een lijntje doorgeven, en zal dat electron niet gaan zwerven door het molecuul.

Waarom dit mechanisch stabiel is, zie je enigszins in figuur 3a en 3b. Het molecuul kan zich heel dicht pakken, en dankzij die stabilisatoren is het energetisch heel gunstig (lees: is het stabiel) om lekker geordend in een rijtje te gaan liggen zoals in 3a en 3b te zien is. Daarnaast dus niet vergeten dat het lekker covalent aan het glas gesmolten zit onderaan.

Persoonlijke nitpick: naar ik kan achterhalen (en nee, ik kan niet bij het volle artikel dus misschien mis ik het) spoelen ze gewoon de hele gap tussen de elektroden vol met dit spul. Ze maken dus niet zo zeer een brug zoals je in de plaatjes bij het artikel hierboven ziet, maar gewoon een geleidend vlak tussen de twee grafenen. Ook mooi, maar niet zo romantisch als een enkele lijn.

[JDx]

Haha ik wou net zoiets posten, volg hier echt niks van, sowieso ongrijpbaar klein, hoe doen ze het he.

[Aial0n]

Idem dito. Behalve dat ik bij sommige computerdingen afhaak en dit prima snap. Als je interesse hebt wil ik best als vraagbaak dienen

[wica]

Moet ik dit zien als een transistor en is de brug dan de gate?

[Verwijderd]

Nee echt als een brug waar elektronen over heen wandelen. De brug heeft namelijk geen slagbomen of in andere woorden een mechanisme waarmee elektronen transport wordt gecontroleerd.

[wica]

Dit lees ik o.a. in het artikel

De op deze manier opgebouwde moleculen worden tussen de twee grafeenelektroden gestapeld en vormen zo een controleerbaar geleidend element.

Wat een gate in een transistor ook doet.

[Verwijderd]

Het verschil met een transistor is dat je door een externe stimulus een pad creëert waardoor elektronen door de gate van de source naar de drain kunnen. Hier is een als het ware een geleidende kabel van grafeen naar grafeen gelegd, waar de kabel dan de brug is die gevormd wordt door de gebruikte moleculen.
Deze brug is verankerd op het substraat. Ze noemen het een brug omdat de elektronen alleen via de bovenkant gaan, waardoor ze de negative effecten van het substraat vermijden. Het zal werken als je een spanningsverschil aanbrengt tussen de twee grafeen elektrodes in tegenstelling tot bij een transistor.

[Standeman]

Ach, het wordt pas echt leuk wanneer ze quantum mechanica er bij betrekken.

Feynman zei ooit eens "If you think you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics"

[Tao]

Dan heb ik goed nieuws voor je: je blijft ook intelligent, ook al weet je van bepaalde zaken helegaar niente
Intelligentie heeft op zich niets met kennisniveau te maken.

[Wilglide]

Het helpt wel:
{ Kennis, Sociaal, Empathisch, (snel) Analytisch en/of Relativerend vermogen, etc. } ⊆ Intelligentie

Alleen zou ik persoonlijk wel graag willen dat snel werktempo (in examens) er niet meer toegerekend zou worden

[Tao]

Dat is een definitie die zeer ter discussie staat. Met "intelligentie" wordt i.h.a. bedoeld: 'het snappertje' / denkniveau / verbanden kunnen leggen c.q. doorgronden.
Nu weet ik wel (als voormalige assessment psycholoog) dat de meeste assessments op het meten berusten van hoe hoog je op jouw aangehaalde definitie / formule scoort. Maar dat is slechts een soort 2D meting van je intelligentie.

Vergelijk het eens met al je (levens-)ervaring aanwenden bij het aanleren van iets nieuws. Dat kan een taal zijn, een vaardigheid leren of b.v. een competentie ontwikkelen op je werk.
Je neemt je bevattingsvermogen mee, alhoewel je nog niets weet van wat je gaat tegenkomen.
Dan zal je start anders zijn, dan wanneer je als onbeschreven blad met hetzelfde start.

Examens zijn - door de vorm waarin ze afgelegd moeten worden - meestal armzalig in goed kennis meten. Multiple choice vorm is vnl. een calculated gok festijn, terwijl korte opstelvragen wel dieper meten. Maar daar krijg je dan wel meer tijd voor i.h.a.

[Wilglide]

Vergelijk het eens met al je (levens-)ervaring aanwenden bij het aanleren van iets nieuws.
[..]
Dan zal je start anders zijn, dan wanneer je als onbeschreven blad met hetzelfde start.

En je idee is dan dat je als meer intelligent aangeduid zou moeten mogen worden als je sneller een taak aan kan leren zonder die (levens)ervaring, in vergelijking met een ander, ook zonder (levens)ervaring?
En met of zonder leraar? Verschil in lees, luister en aandachts / concentratievermogen meegenomen of voor gecorrigeerd?

In robotica zouden ze dat als puur trial-and-error, 'naive learning' beschrijven.

[Tao]

Er spelen inderdaad nog zaken mee als 'aanleg', en nature vs nurture.

Lezen / aandacht / concentratie: betreffen allemaal manieren om iets tot je te nemen.
Het cognitieve inputkanaal zeg maar. Hoe snel dit 'kanaal' werkt maakt m.i. minder uit m.b.t. je bevattingsvermogen; het zegt iets over hoe je iets tot je genomen hebt, maar niet over hoe kwalitatief goed / snel je het vervolgens verwerken kan. (PCI-E versus CPU zeg maar).

Een leraar of coach kan je verder helpen, maar ook 'primen' tot bepaalde manieren van denken. Zoals een leek soms een professional kan verbazen met een out-of-the-box opmerking. Of zoals we met 'modelling' van anderen leren, en later in ons leven daar weer op terugkomen...

/einde off-topic rant

[ro8in]

Ligt niet aan jou hoor, eerlijk gezegd is dit eerder een publicatie welke in een academisch tijdschrift voor mensen uit dat veld thuishoort. Dit is eigenlijk helemaal geen tweakers nieuws. Het gaat hier om dat er een stapje van de 1000den stapjes is gezet voor het produceren van electronica op nanoschaal. Alleen mensen die hier mee bezig zijn zal dit echt iets zeggen. Voor de rest van ons is het code taal ontcijferen als je er zin in hebt. Ik sla maar even over.

[ajolla]

Begrijp ik het goed dat in nano-electronica verbindingen tussen componenten niet goed te realiseren waren maar nu wel?