Nanotieteen alan tutkijat ovat kehittäneet uuden teoreettisen mallinnustekniikan, jota voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa hyödyntää molekyylielektroniikan kytkimien tai vahvistimien suunnittelussa. Mallinnustekniikka on syntynyt Jyväskylän yliopiston ja Puolan Wroclawin tiede- ja teknologiayliopiston tutkijoiden yhteistyönä.

Suomalaisten ja puolalaisten nanotutkijoiden kehittämän uuden mallinnustekniikan avulla selvitettiin uudenlaista asetelmaa, jossa bentseeniditiolimolekyyli on kytketty kuparielektrodeihin ollen vuorovaikutuksessa valon kanssa ontelossa. Uuden teoreettisen menetelmän ansiosta saavutettiin kokeellisesti relevantti aikaskaala molekyylitason ilmiöiden tarkastelulle.

’’Teoreettiset tuloksemme osoittavat, että tutkimamme molekyyliliitos voi tuottaa huomattavaa valon emissiota ja korkeiden harmonisten ylätajuuksien syntymistä’’, kertoo Jyväskylän yliopiston lehtori Riku Tuovinen.   Mielenkiintoista on hänen mukaansa myös, että tapa, jolla nämä vaikutukset tapahtuvat, muistuttaa enemmän sitä, mitä on havaittu kiinteän olomuodon materiaaleissa eikä niinkään atomi- tai molekyylisysteemeissä.

’’Lisäksi tutkimuksessamme havaittiin, että asetelmaan liittyvät symmetriat voivat joko vaimentaa tai vahvistaa tiettyjä valotaajuuksia, joten asetelmaa voitaisiin mahdollisesti hyödyntää molekyylielektroniikassa kytkimenä tai vahvistimena’’, selventää Tuovinen.  Tutkijat viittaavatkin tarkastelemaansa asetelmaan eräänlaisena molekyylitason kvanttipumppuna.

’’Samoin kuin jo antiikin ajoilta tunnetun Arkhimedeen ruuvin hyötysuhde riippuu sen kallistuskulmasta ja kierteiden askelluksesta, molekyylikvanttipumppujen hyötysuhde riippuu asetelmaa ajavien jännitteiden suuruudesta ja vaihe-erosta’’, täsmentää Tuovinen.

Molekyylielektroniikassa tutkitaan, miten elektronit liikkuvat yksittäisten molekyylien muodostamissa liitoksissa ja miten tätä voidaan hyödyntää elektronisissa laitteissa. Näissä järjestelmissä tyypillisesti käytettyjen teoreettisten mallien aikaskaalat ovat hyvin nopeita verrattuna kokeellisesti havaittuihin aikaskaaloihin, ja niiden sovittaminen yhteen on ollut haasteellista.

Lisää: Tutkimusartikkeli ’’Electroluminescence Rectification and High Harmonic Generation in Molecular Junctions’’ on julkaistu Nano Letters -julkaisusarjassa 10.7.2024 (LINKKI)

Kuva: Bentseeniditiolimolekyyli kytkettynä kuparielektrodeihin vuorovaikuttaen valon kanssa ontelossa.