Gebruikmakend van kwantummechanische effecten moet je organische moleculen kunnen gebruiken als elektronische schakelelementen. Zelfs bij kamertemperatuur, schrijven Leidse fysici en Groningse chemici in Nature Nanotechnology.

Dat kwantummechanische effect bestaat er uit dat elektronen, die zich verplaatsen van het ene naar het andere eind van zo’n molecuul, zich als een golf gedragen. Wanneer dat molecuul dusdanig in elkaar zit dat zo’n elektron twee verschillende routes kan volgen, waarbij de ene een halve golflengte langer is dan de andere, dan zouden beide golven elkaar moeten uitdoven zodra ze weer bij elkaar komen. Netto resultaat van deze zogeheten ‘destructieve interferentie’ is dat het molecuul niet of nauwelijks geleidt.

Die theorie is ooit uitgewerkt door de Groningse onderzoeker Margreet van der Veen, die er in 2006 op promoveerde bij prof. Kees Hummelen. Zij had indertijd geen tijd om het in de praktijk uit te proberen, mede omdat de synthese van die moleculen nogal lastig was.

Haar opvolger Hennie Valkenier, inmiddels ook gepromoveerd, is daar nu wel in geslaagd. Ze synthetiseerde twee ‘kruisgeconjugeerde’ moleculen, waarin een centrale antrachinongroep met twee C=O’s zorgt voor de benodigde elektronische omweg. Elektronen kunnen of via zo’n O, of gewoon rechtdoor via het midden van de ringen.

In Leiden zijn daar metingen aan gedaan, en het verwachte effect bleek inderdaad bij kamertemperatuur op te treden. Het is nog sterker dan gedacht: vergeleken met een molecuul zonder ingebakken elektronische omweg, is de geleiding een factor 100 lager. Ondensteunend rekenwerk van theoretici uit Lyngby (Denemarken) bevestigt dat het kan kloppen.

De volgende uitdaging is om een molecuul te vinden waarin je de omweg langs chemische weg kunt in- en uitzetten, zodat je echt een schakelelement krijgt. In een persbericht verklappen de Groningers dat ze al iets in die richting hebben gesynthetiseerd. Maar dat is iets voor een volgende publicatie.

bron: RUG, NWO, Nature Nanotechnology