Una visión que está impulsando actualmente a los científicos de materiales es combinar moléculas orgánicas y sus diversas funcionalidades con las posibilidades tecnológicas que ofrece la electrónica de semiconductores extremadamente sofisticada. Gracias a los métodos modernos de micro y nanotecnología, este último diseña componentes electrónicos cada vez más eficientespara una amplia variedad de aplicaciones. Sin embargo, también está alcanzando cada vez más sus límites físicos: estructuras cada vez más pequeñas para funcionalizar materiales semiconductores como el silicio no se pueden producir utilizando los enfoques de la tecnología clásica. Los científicos ahora han presentado un nuevo enfoque en la revista Química de la naturaleza : Demuestran que se pueden producir capas individuales moleculares estables pero muy bien ordenadas sobre superficies de silicio, mediante autoensamblaje. Para ello, utilizan carbenos N-heterocíclicos. Se trata de pequeñas moléculas de anillo orgánico reactivo cuya estructura ylas propiedades varían de muchas maneras y pueden ser adaptadas por diferentes grupos "funcionales".
Investigadores dirigidos por el Prof.Dr. Mario Dähne TU Berlín, Alemania, el Prof. Dr. Norbert Esser TU Berlín y el Instituto Leibniz de Ciencias Analíticas, Alemania, el Prof. Dr. Frank Glorius Universidad de Münster, Alemania, El Dr. Conor Hogan Instituto de Estructura de la Materia, Consejo Nacional de Investigación de Italia, Roma, Italia y el Prof.Dr. Wolf Gero Schmidt Universidad de Paderborn, Alemania participaron en el estudio.
La miniaturización tecnológica llega a sus límites
"En lugar de tratar de producir artificialmente estructuras cada vez más pequeñas con un esfuerzo creciente, es obvio aprender de las estructuras y procesos moleculares en la naturaleza y fusionar su funcionalidad con la tecnología de semiconductores", dice el químico Frank Glorius. "Esto haría una interfaz, por así decirlo, entre la función molecular y la interfaz de usuario electrónica para aplicaciones técnicas. "El requisito previo es que las moléculas ultrapequeñas con estructura y funcionalidad variables tendrían que incorporarse físicamente con los dispositivos semiconductores, y tendrían que ser reproducibles, estable y lo más simple posible.
Aprovechamiento de la autoorganización de moléculas
La autoorganización de moléculas en una superficie, como una interfaz con el dispositivo, puede realizar esta tarea muy bien. Las moléculas con una estructura definida se pueden adsorber en superficies en grandes cantidades y organizarse en una estructura deseada que está predeterminada porlas propiedades moleculares. "Esto funciona bastante bien en superficies de metales, por ejemplo, pero desafortunadamente no del todo satisfactoriamente para materiales semiconductores hasta ahora", explica el físico Norbert Esser. Esto se debe a que para poder organizarse, las moléculas debenser móviles difusas en la superficie. Pero las moléculas en las superficies de los semiconductores no hacen eso. Más bien, están tan fuertemente unidas a la superficie que se adhieren dondequiera que golpean la superficie.
carbenos N-heterocíclicos como solución
Ser simultáneamente móvil y, sin embargo, estar unido de forma estable a la superficie es el problema crucial y al mismo tiempo la clave para las aplicaciones potenciales. Y es precisamente aquí donde los investigadores ahora tienen una posible solución a mano: carbenos N-heterocíclicos. Su usopara la funcionalización de superficies ha atraído mucho interés durante la última década. En superficies de metales como el oro, la plata y el cobre, por ejemplo, han demostrado ser ligandos de superficie muy eficaces, a menudo superando a otras moléculas. Sin embargo, su interacción con semiconductoressuperficies ha permanecido virtualmente inexplorado.
Formación de una estructura molecular regular
Ciertas propiedades de los carbenos son decisivas para el hecho de que ahora ha sido posible por primera vez producir capas individuales moleculares sobre superficies de silicio: los carbenos N-heterocíclicos, como otras moléculas, forman enlaces covalentes muy fuertes con el silicio y, por lo tanto, sonSin embargo, los grupos laterales de la molécula los mantienen simultáneamente "a una distancia" de la superficie. Por lo tanto, todavía pueden moverse en la superficie. Aunque no viajan muy lejos, solo unas pocas distancias atómicas, estoes suficiente para formar una estructura molecular casi igualmente regular en la superficie del cristal de silicio estructurado regularmente.
colaboración interdisciplinaria
Utilizando un enfoque complementario de múltiples métodos de síntesis química orgánica, microscopía de sonda de barrido, espectroscopía de fotoelectrones y simulaciones completas de materiales, los investigadores aclararon el principio de esta nueva interacción química en su colaboración interdisciplinaria. También demostraron la formación de estructuras moleculares regulares enVarios ejemplos. "Esto abre un nuevo capítulo para la funcionalización de materiales semiconductores, como el silicio en este caso", enfatiza el físico Dr. Martin Franz, primer autor del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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