Skip to ContentSkip to Navigation
Onderdeel van Rijksuniversiteit Groningen
Science LinX Science 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
View this page in: English

Meer nieuws

  • 18 maart 2024

    VentureLab North helpt onderzoekers op weg naar succesvolle startups

    Het is menig onderzoeker al overkomen. Tijdens het werken vraag je je opeens af: zou dit niet ontzettend nuttig zijn voor de mensen buiten mijn onderzoeksveld? Er zijn allerlei manieren om onderzoeksinzichten te verspreiden. Denk bijvoorbeeld aan...

  • 04 maart 2024

    Een plantaardige sensor

    In Makers van de RUG belichten we elke twee weken een onderzoeker die iets concreets heeft ontwikkeld: van zelfgemaakte meetapparatuur voor wetenschappelijk onderzoek tot kleine of grote producten die ons dagelijks leven kunnen veranderen. Zo...

  • 11 december 2023

    Join the 'Language and AI' community

    As a part of the Jantina Tammes School, the 'Language and AI' theme is an interdisciplinary initiative that aims to encourage collaboration among academics, PhD candidates, students, and industry representatives who share a keen interest in the...