Electrónica Molecular

Los complejos orgánicos/metalorgánicos, bien sea en forma de una sola molécula hasta en redes moleculares 2D ordenadas, son considerados elementos clave en la construcción de los nano-dispositivos electrónicos del futuro, superando las limitaciones técnicas y de producción de la actual tecnología CMOS. La idea subyacente es controlar la funcionalidad de un conjunto de moléculas diseñando cuidadosamente la estructura de sus constituyentes moleculares individuales. La versatilidad de la química orgánica proporciona una gama casi ilimitada de bloques de construcción moleculares. De esta forma, a las ventajas naturales de la electrónica molecular tales como la fácil miniaturización y el bajo consumo de energía, se añade la capacidad de programar estos sistemas para responder a diferentes estímulos físicos, lo que determinará su aplicabilidad de cara a la fabricación de transistores orgánicos, células fotovoltaicas, sensores de gas, membranas para filtrado biológico o incluso bits cuánticos.

En los laboratorios SPM del LMA se trabaja en dos aproximaciones diferentes a la electrónica molecular. La primera de ellas consiste en la sublimación de precursores moleculares en condiciones de UHV que reaccionan sobre una superficie metálica para formar productos que no pueden sintetizarse mediante la química en solución estándar. Ejemplos son los núcleos individuales de ftalocianina magnética con ligandos capaces de experimentar una reacción electro-cíclica reversible inducida por luz UV, o redes cristalinas coordinadas metal-orgánicas con la estructura hexagonal ideal de un aislante topológico orgánico, como el que se ilustra en la Figura siguiente:

B) Ilustración esquemática de la red de Kagomé para la que se ha predicho la aparición de bandas electrónicas protegidas topológicamente (átomos: gris = Carbono, blanco = Hidrógeno, azul = Nitrógeno, marrón = Cobre). C, D) Realización de dicha red, se muestran imágenes de bond-resolving STM con punta funcionalizada con CO, el modelo atómico de la red está superpuesto en la imagen del panel D.

En la segunda aproximación utilizamos AFM y STM a presión y temperatura ambiente para caracterizar la morfología y el transporte electrónico en moléculas individuales y películas ultra-delgadas sobre electrodos metálicos basados en Au o en carbono. La longitud de la estructura molecular, los dopantes y los grupos terminales por los que la molécula se une al electrodo son los parámetros a considerar en estos estudios. En particular, estamos trabajando en la fabricación de uniones robustas de metal-molécula, la deposición del electrodo de contacto superior, y la caracterización eléctrica de uniones metal-molécula-metal y de monocapas depositadas mediante autoensamblaje, Langmuir-Blodgett y electrografting. En esta figura, mostramos una ilustración del proceso de medida de características I(V) en moléculas individuales.

Obtenemos las curvas I-V formando enlaces de corta duración entre el extremo de la punta y las moléculas, utilizando así la punta como una especie de sonda eléctrica atómicamente precisa. Para validar los resultados, se comparan las características de las matrices moleculares en películas LB y de moléculas individuales atrapadas sobre la superficie.