Ett samarbete mellan tillämpad fysik vid Luleå tekniska universitet (LTU) och universiteten i Nottingham respektive Bath i Storbritannien, har enligt forskarna lett till banbrytande upptäckter inom området molekylär elektronik. Resultaten har nu publicerats i tidskriften Nature Communications.

Kopparatomerna på ytan i orange, med fyra atomer markerade i gult, visar hur molekylen manipulerats längs ytan i simuleringar. Molekylens atomer visas med grå sfärer för kol, blå för kväve och vita för väte, samt röda för brom. De vita kvadraterna markerar molekylens kvadratiska form före och efter manipulationen, i detta fall.

– Framtidens material, som flexibel, bärbar och miljövänlig elektronik, kommer att definiera vårt sätt att leva och interagera med världen. I centrum för den utvecklingen finns organiska molekyler som består av kol och väte. Molekylära material har redan haft en inverkan på teknik genom exempelvis flytande kristaller i bildskärmar för klockor och annan bärbar elektronik, och skulle i framtiden kunna användas för billigare och bättre teknik när det gäller platta skärmar och solceller, säger Andreas Larsson, professor och ämnesföreträdare i tillämpad fysik vid Luleå tekniska universitet.

Andreas Larsson
Foto: Linda Alfredsson

Enskilda molekyler blir komponenter
– Molekylära material kommer att ge oss lättare, tunnare, billigare, tåligare och mer kraftfulla produkter. Utvecklingen av datorer går nu i en riktning där komponenter närmar sig storleken av molekyler, vilket lett till begreppet molekylär elektronik. Enskilda molekyler skulle kunna användas som exempelvis transistorer eller minnesceller, säger Andreas Larsson.

Viktig gränsyta mellan molekyl och metall
Forskarna använde de senaste metoderna inom experimentell och tillämpad fysik för att bryta ny mark inom området molekylära material och studerat hur individuella molekyler beter sig på en kopparyta. Forskarna säger nu att man för första gången har kunnat manipulera en större organisk molekyl på atomnivå. Forskningen på molekylära material skiljer sig från traditionell materialforskning i att gränsytan mellan molekylerna och andra material blir särskilt viktig när det gäller att förutse framtida tillämpningar.

– Just för molekylära material är det viktigt att kunna förstå hur de interagerar med sina närmaste grannmaterial, vanligtvis metaller, där man ska ha elektronisk överföring.

Hur ändras då molekylen och metallen av interaktionen mellan varandra?

– Genom att upprepa de molekylära manipulationerna i kvantmekaniska datorsimuleringar kunde vi förklara observationerna. I det här fallet styrs interaktionen av metallytans följsamma elektronstruktur som har förmågan att anpassa sig till den till ytan bundna molekylen. Detta i kombination med molekylens förmåga att anpassa sin form så att den på ett bra sätt kan interagera med underliggande kopparatomer, säger Andreas Larsson.

De experimentella studierna gjordes vid the School of Physics & Astronomy vid University of Nottingham och de teoretiska modelleringarna, utförda vid High-Performance Computing Center North (HPC2N) i Umeå, gjordes av tillämpad fysik, Luleå tekniska universitet, tillsammans med University of Bath. Resultaten är publicerade i den högt rankade tidskriften Nature Communications.

Länk till artikeln i tidsskriften Nature Communications: Measuring the mechanical properties of molecular conformers.

Filed under: SvenskTeknik