L'Électronique Avec les Molécules Uniques

Mite-Poulsen et Professeur Thomas Bjørnholm, Centre de la Nano-Science, Université de M. Kasper de Copenhague, Danemark
Auteur Correspondant : tb@nano.ku.dk

Introduction

L'électronique Unique de molécule est une zone de recherches se concentrant sur l'étude du transfert d'électron par les molécules uniques.

Un des objectifs à long terme est de développer des dispositifs avec les ensembles fonctionnels définis par la molécule unique. C'est la limite éventuelle pour la miniaturisation de l'électronique moléculaire.1

Pendant les 10 -15 dernières années la zone a été concentrée sur la compréhension de base du transport d'électron par les molécules uniques et du développement des bancs d'essai appropriés.2-7

Les défis actuels comprennent l'élaboration des méthodes pour l'intégration des composants uniques multiples de molécule d'une voie reproductible. Réglez, avec la précision d'atome, des géométries de surface adjacente entre la molécule et l'électrode est une clé à la réussite dans cette zone.8

Électrodes Auto-Assemblées avec une Molécule Unique Comportée ?

Pendant les dernières décennies, des techniques lithographiques hiérarchisées a été énormément polies - mais en dépit de ceci - les méthodes sont toujours loin de la fabrication de masse des copies identiques des nanogaps d'électrode sur l'échelle de nanomètre de longueur 1-2. Il est encore plus difficile de fabriquer des Lacunes avec les molécules uniques dans elles.

Contrairement aux techniques hiérarchisées de fabrication, les méthodes en kit se fondent sur l'utilisation des forces intermoléculaires qui traitent type l'échelle de longueur de sous-nanomètre. Afin d'essayer d'établir le lien entre l'échelle moléculaire de longueur et les capacités de la lithographie de haut vers le bas - le scientifique au Centre de la Nano-Science à l'Université de Copenhague ont développé une méthode où des électrodes d'or sont développées des graines prémontées de nanoparticle d'or par en kit basé de solution.9

En bref, la méthode comporte un procédé en deux étapes où d'abord une molécule unique est employée pour joindre deux graines de nanoparticle ensemble pour former des dimères. Dans une deuxième phase, les dimères sont exposés à un sel d'or, à un surfactant et à un agent modéré de réduction. À la droite la réaction révise la graine de nanoparticle d'or deviendra des nanorods d'or de monocristal de forme (le Schéma 1). En ajustant les conditions de réaction, la longueur des tiges peut être réglée de 20 à 500 longueurs de nanomètre10 - une échelle de longueur il est beaucoup plus facile entrer en contact qu'avec des techniques lithographiques hiérarchisées11. Un aspect attrayant de cette méthode est qu'il peut être possible de fabriquer les dispositifs uniques multiples de molécule.9

Le Schéma 1. nanorods Chimiquement développés d'or sont employés pour entrer en contact avec la molécule unique.9 Accueil d'Image de Titoo Jain

Contacts Bien Définis de Design Chimique

La surface adjacente entre les électrodes en métal et la molécule est d'importance primordiale pour la nature du transport d'électron par les molécules uniques. Si le couplage entre la molécule et l'électrode est intense - les électrons percent un tunnel directement par la molécule. Si le couplage est faible, le transport d'électron est un procédé en deux étapes où l'électron demeurera sur la molécule comme partie du transport d'électron de la source pour vider l'électrode. Le faible transport accouplé est blocus appelé de Coulomb et peut être utilisé pour construire les transistors uniques d'électron.8, 12

Afin d'essayer de développer un meilleur contrôle la géométrie de surface adjacente - les Scientifiques au Centre de la Nano-Science à l'Université de Copenhague ont conçu les molécules qui fullerene incorporé (molécules60 de C) dans la région de contact entre l'électrode et la molécule d'intérêt. La taille et la structure électronique du fullerene tient compte d'une plus grande zone de contact et d'un contact chimique stable entre la molécule et l'électrode et tenir compte de ce fait des mesures stables de dispositif - même à la température ambiante.13

Le Schéma 2. Surface Adjacente entre la molécule et les électrodes en employant le fullerene ancrant des groupes.13

Résumé

Pendant les dernières décennies la zone de l'électronique moléculaire a été concentrée sur la compréhension de base du transport d'électron par les molécules uniques et du développement des bancs d'essai appropriés. Ces expériences ont introduit une compréhension de l'effet intrigant entre la structure moléculaire, les niveaux énergétiques moléculaires et la géométrie de surface adjacente - tous les facteurs qui déterminent le transport d'électron par les molécules uniques.8

La technologie est toujours loin de pouvoir fabriquer les dispositifs multiples avec les composants uniques de molécule. Le développement des structures moléculaires neuves avec un contact plus bien défini entre la molécule et l'electrode13 avec des méthodes en kit neuves sont des étapes importantes vers le développement futur des dispositifs intégrés avec les composants uniques multiples de molécule.9, 11


Référence

1. Aviram, A. et Ratner, M.A. Molecular Rectifiers. Chim. Phys. Lett. 29, 277-283 (1974).
2. Reed, M.A., Zhou, C., Muller, C.J., Burgin, P. et Visite, J.M. Conductance d'une Jonction Moléculaire. La Science 278, 252-254 (1997).
3. Bumm, L.A. et autres. Les Fils Moléculaires Uniques Conduisent-ils ? La Science 271, 1705-1707 (1996).
4. Joachim, C., Gimzewski, J.K., Schlittler, R.R. et Chavy, transparence de C. Electronic d'une molécule C60 unique. Phys. Rev. Lett. 74, 2102-2105 (1995).
5. Galperin, M., Ratner, M.A., couplage de Nitzan, d'A. et de Troisi, d'A. Nuclear et polarisation dans les jonctions moléculaires de transport : au delà du perçage d'un tunnel à fonctionner la Science 319, 1056-1060 (2008).
6. Tao, perçage d'un tunnel résonnant de Sondage de potentiel-airs de la New Jersey par les molécules redox avec la microscopie Phys de perçage d'un tunnel de lecture. Rev. Lett. 76, 4066-4069 (1996).
7. Kubatkin, le transistor d'Unique-Électron de S. et autres d'une molécule organique unique avec l'accès à plusieurs redox indique la Nature 425, 698-701 (2003).
8. Mite-Poulsen, K. et Bjørnholm, transfert d'électron d'Unique-Molécule de T. « dans des dispositifs semi-conducteurs de trois-terminal : Mode et défis pour l'électronique moléculaire Nanotechnologie avec de molécules uniques » Nature. 4 (9), 551-556, (2009).
9. Jain, T., Westerlund, F., Johnson, E., Mite-Poulsen, K. et Bjørnholm, Nano d'ACS pour d'Unique-Molécule de T. « Nanogaps Auto-Assemblé Électronique », 3 (4), 828-834, (2009).
10. Gao, J. ; Cintreuse, C.M. ; Murphy, C.J., la Dépendance du Rapport Hauteur/largeur De Nanorod d'Or à l'égard la Nature du Surfactant de Direction dans la Solution Aqueuse. Langmuir, 19, 9065-9070 (2003).
11. Patte, Q., Pinces, Y., Jain, T., Hassenkam, T., Blême, Q., Mite-Poulsen, K. et Bjørnholm, Nanotechnologie 20 (24), 245205 pour d'Unique-Molécule de T. « Nanogaps Auto-Assemblé Électronique », (2009).
12. Danilov, transport Électronique d'A.V. et autres dans les jonctions uniques de molécule : Contrôle du couplage de molécule-électrode par le Nano intramoléculaire Lett de barrages de perçage d'un tunnel. 8, 1-5 (2008).
13. Martin, groupes de ancrage basés de Fullerene de C.A. et autres pour l'électronique moléculaire J. Am. Chim. Soc. 130, 13198-13199 (2008).

Droit d'auteur AZoNano.com, M. Kasper Mite-Poulsen et Professeur Thomas Bjørnholm (Centre de la Nano-Science, Université de Copenhague)

Date Added: Nov 15, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:10

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