La fabrication de très petits composants est un défi important pour la recherche et le développement. Les transistors en sont un exemple : plus ils sont petits, plus nos ordinateurs deviennent rapides et économes en énergie. Mais y a-t-il une limite à la taille des portes logiques ? Et est-il possible de créer des machines électriques à l’échelle moléculaire ? Oui, peut-être, répond une équipe de recherche en chimie de l’université de Lund.
“Nous avons mis au point une simple molécule d’hydrocarbure qui change de forme, et passe en même temps d’isolante à conductrice, lorsqu’elle est exposée à un potentiel électrique. La formule gagnante a été de concevoir un anneau dit anti-aromatique dans une molécule afin qu’elle devienne plus robuste et puisse à la fois recevoir et relayer les électrons”, explique Daniel Strand, chercheur en chimie à l’université de Lund.
Illustration des électrons transférés entre les anneaux aromatiques et non-aromatiques dans une molécule d’hydrocarbure. Crédit : Daniel Strand/Jonas Ahlstedt
De nombreuses molécules organiques sont constituées de cycles benzéniques aromatiques, c’est-à-dire de cycles plats composés de six atomes de carbone. Un exemple simple est graphene. However, such molecules do not change properties or shape if subjected to electric potential. Therefore, the research group chose to look at hydrocarbons made up of rings with eight carbon atoms. These are anti-aromatic and bent into a tub-shape. If two electrons are injected into such a molecule, it flattens and goes from insulating to conducting – a function similar to that of a transistor switching from 0 to 1.
“A unique aspect of the molecules is that they are so simple. They only consist only of carbon and hydrogen atoms which makes them easier to produce synthetically,” says Daniel Strand.
The discovery means researchers can now think about how to develop both electrical switches and new mechanical systems at the single-molecule level using anti-aromatic hydrocarbons.
“Molecules that change form in response to electric potential lead to exciting possibilities. One can imagine energy-efficient computer architectures and in the future perhaps electric machines on a molecular scale,” concludes Daniel Strand.
Reference: “Electro-mechanically switchable hydrocarbons based on [8]annulenes” par Magdalena Tasić, Jakov Ivković, Göran Carlström, Michaela Melcher, Paolo Bollella, Jesper Bendix, Lo Gorton, Petter Persson, Jens Uhlig et Daniel Strand, 14 février 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28384-8
L’étude était une collaboration interdisciplinaire entre des groupes de recherche en chimie organique, analytique et théorique ainsi qu’en physique chimique à l’Université de Lund et à l’Université de Copenhague.
