Boven de kleine elektrode, onder de grote.

In New York is de eerste monomoleculaire diode bedacht die goed genoeg werkt om aan praktische toepassingen te gaan denken. De truc is dat je de gelijkrichtfunctie niet in het molecuul zelf stopt maar in zijn verpakking, schrijven Latha Venkataraman en collega’s van Columbia University in Nature Nanotechnology.

In hun ontwerp is het molecuul (een geleidend oligomeer van thiofeen-1,1-dioxide) zelf perfect symmetrisch. Het hangt tussen twee elektrodes van precies dezelfde kwaliteit goud. De enige asymmetrie zit in de afmetingen van dat goud: één van de twee elektrode-oppervlakken is veel groter dan de andere.

Als je vervolgens het systeem ‘vult’ met ionen (in een polair oplosmiddel of als onderdeel van een ionische vloeistof, dat kan kennelijk allebei), dan kunnen zich op dat grote oppervlak veel meer ionen hechten dan op het kleine. De wisselwerking tussen de elektronenwolken van ionen, goudoppervlakken en diode-molecuul moet vervolgens zorgen voor chemische potentialen die slechts in één richting stroomgeleiding toestaan.

Hoe het op atomaire schaal precies in elkaar zit kunnen de onderzoekers uiteraard niet zien, en ze hebben het ook nog niet uitgerekend. Vekataraman heeft zich inmiddels op de onderliggende fundamentele fysica gestort; gezien de afmetingen van het geheel vermoedt ze vanzelf bij de kwantummechanica terecht te zullen komen.

In de tussentijd werkt het in de praktijk verbazend goed. Bij 370 mV is de stroomsterkte in de ene richting meer dan 200 maal zo groot als in de andere, en dat is een factor 50 beter dan eerdere, asymmetrische moleculaire diodes haalden. Qua maximale stroomsterkte moet je dan aan 0,1 microampère denken, wat voor een enkel molecuul verrassend veel is.

Wordt ongetwijfeld vervolgd.

bron: Columbia University