Att framställa mycket små komponenter är en viktig utmaning i både forskning och utveckling. Ett exempel är transistorer. Ju mindre dessa kan göras, desto snabbare och energieffektivare blir våra datorer. Men finns det någon gräns för hur små transistorerna kan bli? Och skulle det vara möjligt att i framtiden skapa elektriska apparater på molekylär skala? Ja, kanske, är svaret från en grupp kemiforskare vid Lunds universitet. I en ny studie, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications, redogör forskarlaget för ett banbrytande experiment.
– Vi har utvecklat en enkel kolvätemolekyl som ändrar form och samtidigt går från isolerande till ledande när den utsätts för elektrisk potential. Receptet var att formge en så kallad anti-aromatisk ring i en molekyl så att den blir mer robust och både kan ta emot och avge elektroner, säger Daniel Strand, kemiforskare vid Lunds universitet.
Enkla att framställa
Många organiska molekyler består av aromatiska bensenringar, det vill säga plana ringar uppbyggda av sex kolatomer. Ett exempel är grafen. Sådana molekyler ändrar dock vare sig egenskaper eller form om de utsätts för elektrisk spänning. Därför valde forskargruppen att titta på kolväten uppbyggda av ringar med åtta kolatomer. Dessa är anti-aromatiska och böjda till en skålform. Om två elektroner injiceras i en sådan molekyl rätas den ut och går från isolerande till ledande – en funktion liknande den i en transistor som slår om från 0 till 1.
– En unik aspekt av molekylerna är att de är så enkla. De består bara av kol- och väteatomer, något som gör dem praktiska att framställa på syntetisk väg, säger Daniel Strand.
Apparater på molekylnivå
Den nya upptäckten gör det möjligt för forskarna att fundera på hur man skulle kunna utveckla både elektriska switchar och nya mekaniska system på en-molekylnivå med hjälp av anti-aromatiska kolväten.
– Molekyler som ändrar form till svar på elektrisk spänning ger upphov till tankeväckande möjligheter. Sådana system kan leda till energisnåla datorarkitekturer och i framtiden även elektriska maskiner på en molekylär skala, säger Daniel Strand.
Studien har möjliggjorts genom ett tvärvetenskapligt samarbete mellan forskargrupper i organisk, analytisk och teoretisk kemi samt kemisk fysik vid Lunds universitet och Köpenhamns universitet.
Artikeln publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
Läs artikeln ”Electro-mechanically switchable hydrocarbons based on [8]annulenes” - nature.com
Text: Johan Joelsson.