Потенциальные области применения варьируются от «умной» одежды до квантовых вычислений.
Исследователи из Бирмингемского и Уорикского университетов совместно с Венским университетом открыли «инструментарий» для технологий следующего поколения.
В частности, это может помочь в создании электронных компонентов из электронных «нанолент» молекулярного масштаба с атомной точностью.
Потенциальные области применения многочисленны, от «умной» одежды до квантовых вычислений.
«Это исследование создает новый набор инструментов для создания электронных материалов с атомной точностью. Создание нанолент непосредственно на металлической поверхности позволяет получать идеально определенные структуры, чего трудно достичь с помощью традиционной химии», — сказал Джеймс Лоуренс, который руководил большей частью этой работы, будучи аспирантом в Уорикском университете.
Донорно-акцепторная химия
В этой разработке для создания нанолент с атомной точностью использовалась донорно-акцепторная (Д-А) химия.
Электронные свойства материала можно запрограммировать до сборки путем точного чередования молекул, которые «отдают» и «принимают» электроны в определенной последовательности и на определенных длинах.
«Хотя атомно-точные наноленты исследовались и раньше, это первый случай, когда они были созданы путем прямого объединения донорных и акцепторных электронно-электронных единиц», — сказал профессор Джованни Костантини из Школы химии и Школы физики и астрономии Бирмингемского университета.
«Поскольку мы можем точно выбирать место появления этих структурных элементов, мы можем заранее проектировать их электронные свойства и реализовывать их с атомной точностью», — добавил Костантини.
Примечательно, что в рамках проекта удалось успешно получить идеально определенные молекулярные цепи, состоящие только из доноров, только из акцепторов и смешанные молекулярные цепи.
Современные методы микроскопии позволили визуализировать отдельные атомы и химические связи, что дало возможность обнаруживать мельчайшие дефекты и измерять поведение электронов внутри нанолент.
«Внедрение концепций донор-акцептор в эти стратегии изготовления на поверхности позволило создавать протяженные наноленточные структуры, которые в противном случае трудно получить в растворе», — сказал Давиде Бонифази из Венского университета.
Этот подход решает проблему ограничений, связанных с использованием нанолент на основе графена для уменьшения размеров электронных устройств. Но графен — упрямый материал. Он по своей природе не стремится быть полупроводником.
Электроника следующего поколения
Кроме того, исследование показало, что удлинение лент, состоящих исключительно из D- или A-последовательностей, повышает соответствующие донорские или акцепторные свойства, в то время как уникальные свойства смешанных лент обусловлены специфическими молекулярными последовательностями.
Полученные результаты позволили создать теоретическую модель, которая даёт возможность разрабатывать материалы с заданными свойствами, соответствующими конкретным областям применения, путём точного контроля состава субъединиц.
«С точки зрения моделирования, эти наноленты демонстрируют, как проектирование на атомном уровне может быть использовано для точной настройки реальных электронных свойств. Учет влияния поддерживающей поверхности и локального окружения будет иметь ключевое значение для дальнейшего развития этого подхода», — заявил Габриэле Соссо из Уорикского университета в пресс-релизе.
Исследователи уже переходят к следующему шагу: применению этой конструкции на атомном уровне для создания более эффективных солнечных элементов и усовершенствованных датчиков.
В будущем эта технология позволит создавать гибкую органическую электронику, которую можно печатать или наносить непосредственно на материалы, например, «умную» одежду.
Кроме того, эта технология может способствовать созданию сверхмалых схем для устройств Интернета вещей (IoT) и высокоточной биоэлектроники, пригодной для имплантации в организм человека или животных.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications 23 апреля.
Sourse: interestingengineering.com
