Skip to ContentSkip to Navigation
Onderdeel van Rijksuniversiteit Groningen
Science LinXScience LinX nieuws

Kwantum wetten regeren gedrag kleinste circuits

20 december 2016

De geïntegreerde circuits op microchips worden steeds kleiner. Er lijken zelfs moleculaire circuits aan te komen. Maar op die lengteschaal gelden de normale wetten voor elektrische geleiding niet meer: in plaats daarvan regeert de kwantummechanica. Ryan Chiechi heeft samen met collega’s een aantal kwantumeffecten in moleculaire circuits onderzocht en publiceerde de resultaten op 20 november in het tijdschrift Nature Communications.

‘Wij onderzochten hoe de specifieke geometrie van moleculen de stroom van elektrische ladingen over een afstand van een nanometer beïnvloedt’, legt Ryan Chiechi, adjunct hoogleraar aan de RUG, uit. De meeste onderzoekers doen dit soort studies door een enkel molecuul tussen twee elektroden te plaatsen. ‘Maar de geometrie van die moleculen ligt dan niet vast, terwijl dat juist de eigenschappen beïnvloedt.’

Een enkele laag tussen twee gouden elektroden | Illustratie Ryan Chiechi
Een enkele laag tussen twee gouden elektroden | Illustratie Ryan Chiechi

Chiechi koos daarom een andere aanpak. Hij begon met een elektrode waarop hij een enkele laag moleculen liet groeien via zelforganisatie. Op die manier lag de geometrie van de moleculen vast. Door een tweede electrode op de monolaag te plaatsen kreeg hij miljoenen individuele moleculen die in parallelle schakeling de stroom geleiden. ‘We hebben de geometrie in de monolaag ook kunnen vaststellen via verschillende experimentele technieken en simulaties.’

Ryan Chiechi
Ryan Chiechi

Een belangrijk effect dat Chiechi wilde onderzoeken was het ‘tunnelen’ van elektronen. Dit gebeurt wanneer een isolator tussen twee elektroden zit. Onder bepaalde omstandigheden kunnen elektronen dan toch door die isolator heen ‘tunnelen’ zonder dat hun energie verandert. In de onderzochte moleculen gebeurt dit wanneer over de hele lengte de zogeheten pi-orbitaal beschikbaar is.

Chiechi maakte schakelingen met een monolaag van een materiaal waarin deze kwantummechanische effecten voorkomen. ‘Eerder onderzoek aan losse moleculen van dit materiaal liet geen belangrijke kwantumeffecten zien, maar naar nu blijkt komt dat doordat de moleculen hierbij gebogen waren.’ Hierdoor sluiten de pi-orbitalen niet goed meer aan waardoor het kwantumeffect verdwijnt. Chiechi herhaalde zijn experimenten met een variant van het molecuul waarin een ‘gat’ was aangebracht dat het tunnelen voorkwam. ‘Op die manier maakten we een kwantum-isolator’.

Het onderzoek laat zien hoe zeer kleine veranderingen in de geometrie van een molecuul invloed hebben op de eigenschappen als kwantumgeleider. Dit is belangrijk omdat tijdens zelforganisatie de geometrie wordt gefixeerd. ‘De veranderingen die invloed hebben zijn minder dan een tiende nanometer groot.’ Dat zulke kleine veranderingen grote gevolgen kunnen hebben suggereert dat deze moleculen misschien te gebruiken zijn als schakelaars. ‘Maar voor wie zulke piepkleine elektrische schakelaars kunnen bouwen moeten we eerst de kwantumeffecten die kunnen plaatsvinden goed begrijpen.’ De experimenten van Chiechi met de zelforganiserende monolagen lijken een goede manier om dat begrip te vergroten.

Referentie: Marco Carlotti, Andrii Kovalchuk, Tobias Wächter, Michael Zharnikov, and Ryan C. Chiechi: Conformation-driven Quantum Interference Effects Mediated by Through-space Conjugation in Tunneling Junctions Comprising Self-Assembled Monolayers. Nature Communications, online 20 December 2016, DOI 10.1038/NCOMMS13904

Laatst gewijzigd:20 december 2016 17:21
printOok beschikbaar in het: English

Meer nieuws

  • 13 december 2017

    Faculty of Economics and Business achieves 3-year EQUIS re-accreditation

    The European accreditation institution EFMD has just announced that the Faculty of Economics and Business (FEB) of the University of Groningen has been awarded the prestigious EQUIS accreditation for an additional 3 years. This re-accreditation was...

  • 28 november 2017

    Samenwerking gemeenten bespaart geen geld

    Anders dan gedacht verlaagt samenwerking tussen gemeenten de uitgaven van gemeenten niet. Ook leidt samenwerking niet tot een meetbare verbetering van de gemeentelijke voorzieningen. Dat schrijven Maarten Allers en Tom de Greef van het Centrum voor...

  • 27 november 2017

    #PanoramaRomantica in het Groninger Museum

    Speciaal voor de aanstaande tentoonstelling De Romantiek in het Noorden en de huidige expositie Ook Romantiek in het Groninger Museum, heeft het Reality Center van de Rijksuniversiteit Groningen een virtueel panorama ontwikkeld: #PanoramaRomantica....