Voor het eerst is van organische moleculen een stukje geheugenchip gemaakt dat geen vloeibare chemicaliën nodig heeft om te schakelen. Dat brengt praktische toepassing een heel stuk dichterbij, suggereert de Wageningse hoogleraar Han Zuilhof.

Om te beginnen betekent het dat je zijn logische AND-schakeling (want dat is het in feite) in principe eindeloos aan en uit kunt schakelen. Zolang je dat nog met chemische reagentia moest doen was het meestal na één keer afgelopen tenzij je heel erg veel geduld had: die vloeistof gaat er immers niet zo snel meer af.

Vandaar dat Zuilhof het zelf heeft over een ‘solid state’-schakeling. In de elektronica bedoelen ze daar meestal iets mee waar geen radiobuizen, mechanische relais of draaiende schijven in zitten, maar in dit geval wil het zeggen dat er alleen vaste stoffen aan te pas komen.

Het principe van zo’n AND-poort is dat het uitgangssignaal alleen positief is als twee ingangssignalen dat allebei ook zijn. In dit geval is het ene ingangssignaal een lamp en het andere een potentiaalverschil: het schakelende molecuul vertoont redox-activiteit, maar alleen als het licht aan is.

Dat onlangs in Angewandte Chemie gepresenteerde molecuul, dat Zuilhof samen met zijn vakgroep en de Franse collega Bruno Fabre ontwikkelde, is ferroceen dat is gefunctionaliseerd met een aminogroep aan een van beide ringen. Je hecht het vast op een oppervlak van n-gedoopt silicium, dat je eerst voorziet van een monolaag van een zuur fluoride-getermineerd alkenyl. Daarbij coat je niet het hele oppervlak met het ferroceen maar stempel je er een patroontje op met behulp van een stempel van PDMS-rubber. Tot slot neutraliseer je de niet met ferroceen bedrukte stukken door ze te laten reageren met butylamine.

Door over silicium en ferroceen een spanningsverschil van minimaal 0,06 V aan te leggen kun je vervolgens die laatste stof ontdoen van een elektron zodat je ferrocenium krijgt. Maar dat lukt alleen als je het geheel onder een lamp legt; in het donker gedraagt de gebruikte vorm van silicium zich namelijk als een isolator.

Dankzij het missende elektron kan dat ferrocenium gaan functioneren als elektrische condensator. De capaciteit daarvan kun je met enige handigheid meten. Bij het aanschakelen loopt hij op van minder dan 2 naar meer dan 80 microfarad per vierkante centimeter, en dát is het uitgangssignaal van de AND-schakeling.

Voorlopig zijn de met ferroceen gecoate vlakjes nog 5 micrometer in het vierkant. De belofte zit in het idee om het ooit voor elkaar te krijgen met losse ferroceenmoleculen, waarbij je een ordegrootte kleiner zou uitkomen dan de kleinste details die je in een klassieke sliiciumchip kunt etsen.

Om er een complete chemische rekeneenheid van te maken zul je intussen ook andere schakelelementen nodig hebben, zoals OR of NOR. Daar zijn ze in Wageningen nu mee bezig.

bron: Angewandte Chemie, met dank aan Han Zuilhof