La ricerca in questo campo ha già permesso di ottenere tutta una serie di dispositivi di dimensioni molecolari capaci di imitare le funzioni compiute dai componenti delle apparecchiature elettroniche e fotoniche macroscopiche: fili capaci di condurre elettroni o energia, interruttori capaci di permettere o proibire il passaggio di questi flussi, sistemi presa/spina e prolunga, rettificatori di corrente, antenne per la raccolta dell'energia luminosa, elementi di memoria, porte logiche, ecc. Per ragioni di spazio saranno illustrati solo alcuni esempi.

• Fili. La realizzazione di fili nanometrici lungo i quali possono passare elettroni od energia è un problema di grande interesse che può essere risolto assemblando in maniera appropriata opportuni componenti molecolari.

  Fig 1: Rappresentazione schematica di un filo a livello molecolare (a), ed esempi di sistemi capaci di condurre energia (b), od elettronici (c) per eccitazione luminosa. (Credit: Gruppo di Fotochimica e Chimica Supramolecolare, Università di Bologna)

  Ad esempio, collegando i complessi Ru(bpy)₃²⁺ e Os(bpy)₃²⁺ (bpy = 2,2'-dipiridina) mediante una catena polifenilica, si ottiene un sistema supramolecolare (Fig. 1) lungo circa 4.2 nm, in cui l'eccitazione luminosa del complesso di Ru dà luogo ad un veloce trasferimento di energia  elettronica (costante di velocità, k, uguale a 1.3 x 10⁶ s^-1) al complesso di  Os, con conseguente emissione di luce da parte di quest'ultimo (Fig. 1).
  Se come unità terminale di destra si usa il complesso Os(bpy)₃³⁺, ottenibile per semplice ossidazione del Os(bpy)₃²⁺ usato nel caso precedente, l'eccitazione luminosa del complesso di Ru  causa il trasferimento di un elettrone al complesso di Os, con k = 2.7 x 10⁵ s^-1 (Fig. 1c). In generale la velocità del processo dipende dalla lunghezza del filo e dalla sua natura chimica. Se uno dei fenili del filo viene sostituito, ad esempio con un bicicloottano, che ha circa la stessa lunghezza del fenile ma interrompe la coniugazione elettronica lungo il  filo, la costante di velocià del processo diminuisce di alcuni ordini di grandezza.

• Interruttori. Se in un filo molecolare si introduce fra le unità terminali, un'appropriato componente che può essere interconvertito fra due stati con caratteristiche chimiche molto diverse mediante stimoli esterni (ad esempio, due forme redox interconvertibili con stimoli di tipo elettrochimico), è possibile permettere od impedire il passaggio di energia o di elettroni, come indicato schematicamente in Fig. 2. Componenti di questo tipo svolgono a livello molecolare la stessa funzione degli interruttori del mondo macroscopico.

  Fig. 2: Rappresentazione schematica di un interruttore posto lungo un filo molecolare. Il componente centrale è una molecola che può esistere in due forme (stati) diverse, la prima delle quali permette, mentre la seconda impedisce, il passaggio di energia o di elettroni da A a C. L'interconversione delle due forme medianti stimoli esterni ha l'effetto di un interruttore. (Credit: Gruppo di Fotochimica e Chimica Supramolecolare, Università di Bologna)

• Presa/spina. I chimici sono anche in grado di progettare e costruire sistemi a due componenti che presentano le stesse caratteristiche del sistema macroscopico presa/spina; in questi sistemi è infatti possibile connettere/disconnettere i due componenti in modo reversibile e, una volta che i due componenti sono connessi, è possibile far passare energia dall'uno all'altro. Un sistema che si comporta esattamente come sopra descritto è quello costituito da un etere corona contenente un'unità binaftile e da un'ammina secondaria, legata ad una unità antracene da una parte e ad un benzene dall'altra (Fig. 3).

  Fig 3: Un sistema presa/spina a livello molecolare. (Credit: Gruppo di Fotochimica e Chimica Supramolecolare, Università di Bologna)

  In soluzione, per aggiunta di un acido, il gruppo amminico viene trasformato in ione ammonio, che si infila, dalla parte contenente l'unità benzene, nell'etere corona. Questo addotto, che è stabilizzato da forti legami ad idrogeno, può essere reversibilmente dissociato per aggiunta di una base che trasforma nuovamente lo ione ammonio in ammina. Quando i due componenti sono associati, l'eccitazione luminosa dell'unità binaftile è seguita dal trasferimento di energia all'unità antracene che, come conseguenza, emette luce. Cambiando i componenti, è possibile costruire una presa/spina molecolare per il trasporto di elettroni anziché di energia. Si può anche notare che, come per i corrispondenti sistemi macroscopici, nel sistema a livello molecolare la connessione può avvenire solo se presa e spina hanno dimensioni compatibili; è inoltre possibile introdurre nella connessione un elemento di selettività legato alla chiralità.

• Prolunga. Il concetto sopra riportato può essere ulteriormente sviluppato costruendo prolunghe a livello molecolare, di cui un esempio è illustrato nella Fig. 4.

  Fig 4: Una prolunga a livello molecolare. (Credit: Gruppo di Fotochimica e Chimica Supramolecolare, Università di Bologna)

  Il sistema è costituito da tre componenti appositamente progettati e sintetizzati. Il componente di sinistra contiene il complesso Ru(bpy)₃²⁺, che ha la funzione di raccogliere l'energia luminosa svolgendo, quindi, il ruolo di antenna, e un etere corona che può comportarsi da presa nei confronti dell'unità ammina/ammonio contenuta nel componente centrale. Quest'ultimo contiene anche un gruppo elettron accettore che può funzionare da spina per il componente di destra, che è un etere corona con proprietà elettron donatrici. La connessione fra il componente di sinistra e quello centrale è controllata da stimoli acido/base, mentre la connessione fra il componente centrale e quello di destra è regolata da stimoli redox (elettrochimici). Quando i tre componenti sono connessi, l'eccitazione luminosa dell'unità Ru(bpy)₃²⁺ causa il trasferimento di un elettrone all'unità (spina) infilata nel componente di destra (presa).