Elektronika Met Enige Molecules

Dr. Kasper Moth-Poulsen en Professor Thomas Bjørnholm, het Centrum van de nano-Wetenschap, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken
Overeenkomstige auteur: tb@nano.ku.dk

Inleiding

De Enige moleculeelektronika is een onderzoekgebied die zich op de studie van elektronenoverdracht door enige molecules concentreren.

Één van de doelstellingen op lange termijn moet apparaten met functionele die eenheden ontwikkelen door de enige molecule worden bepaald. Dit is de uiteindelijke grens voor miniaturisatie van moleculaire elektronika.1

Tijdens de laatste 10 -15 jaar is het gebied geconcentreerd bij het fundamentele begrip van elektronenvervoer door enige molecules en de ontwikkeling van aangewezen proefbanken.2-7

De huidige uitdagingen omvatten ontwikkeling van methodes voor integratie van veelvoudige enige moleculecomponenten in een reproduceerbare manier. De Controle, met atoomprecisie, van de interfacemeetkunde tussen molecule en elektrode is een sleutel aan succes op dit gebied.8

Zelf-geassembleerde Elektroden met Één Enkele Opgenomen Molecule?

Tijdens de laatste decennia, is top-down lithografische technieken enorm geraffineerd - maar ondanks dit - de methodes zijn nog ver vanaf massavervaardiging van identieke exemplaren van elektrode nanogaps op de 1-2 NM- lengteschaal. De Hiaten met enige molecules in hen zijn nog moeilijker te vervaardigen.

In tegenstelling tot top-down vervaardigingstechnieken, baseren de zelfassemblagemethodes zich op het gebruik van intermoleculaire krachten die typisch op de schaal van de sub-nanometerlengte werken. In een poging om het hiaat tussen de moleculaire lengteschaal en de mogelijkheden van top down lithografie te overbruggen - de wetenschapper op het Centrum van de nano-Wetenschap bij de Universiteit van Kopenhagen heeft een methode ontwikkeld waar de gouden elektroden van preassembled gouden nanoparticlezaden door oplossing gebaseerde zelf-assemblage worden gekweekt.9

Kortom, houdt de methode een proces in in twee stappen waar eerst één enkele molecule wordt gebruikt om twee nanoparticlezaden met vormdimeer te verbinden. In een tweede stap, worden de dimeer blootgesteld aan een gouden zout, een capillair-actieve stof en een milde verminderingsagent. Bij de juiste reactievoorwaarden zal het gouden nanoparticle zaad groeien om enig kristalgoud te vormen nanorods (Figuur 1). Door de reactievoorwaarden te stemmen, kan de lengte van de staven van 20 tot 500 NMlengte -10 een lengteschaal die veel gemakkelijker is om met bovenkant te contacteren - onderaan lithografische technieken worden gecontroleerd11. Een aantrekkelijk aspect van deze methode is dat het mogelijk kan zijn om veelvoudige enige moleculeapparaten te vervaardigen.9

Figuur 1. Chemisch gekweekte wordt gouden nanorods gebruikt om enige molecule te contacteren.9 De Hoffelijkheid van het Beeld van Titoo Jain

Duidelijk omlijnde Contacten van Chemisch Ontwerp

De interface tussen metaalelektroden en molecule is van kapitaal belang voor de aard van het elektronenvervoer door enige molecules. Als de koppeling tussen molecule en elektrode sterk is - de elektronen graven direct door de molecule een tunnel. Als de koppeling zwak is, is het elektronenvervoer een proces in twee stappen waar het elektron op de molecule als deel van het elektronenvervoer uit bron zal verblijven om elektrode af te voeren. Het zwakke gekoppelde vervoer wordt genoemd de blokkade van de Coulomb en kan worden gebruikt om enige elektronentransistors te construeren.8, 12

In een poging om een betere controle te ontwikkelen de interfacemeetkunde - de Wetenschappers op het Centrum van de nano-Wetenschap bij de Universiteit van Kopenhagen hebben molecules ontworpen die fullerene (de molecules van C60 ) in het contactgebied tussen elektrode en de molecule van belang opnemen. De grootte en de elektronische structuur van fullerene staan voor een groter contactgebied en een stabiel chemisch contact tussen molecule en elektrode en zo het toestaan voor stabiele apparatenmetingen toe - zelfs bij kamertemperatuur.13

Figuur 2. Interface tussen molecule en elektroden door het gebruik die van fullerene groepen verankeren.13

Samenvatting

Tijdens de laatste decennia is het gebied van moleculaire elektronika geconcentreerd bij het fundamentele begrip van elektronenvervoer door enige molecules en de ontwikkeling van aangewezen proefbanken. Deze experimenten hebben een inzicht in de intrigerende interactie tussen moleculaire structuur, moleculaire energieniveaus en interfacemeetkunde - alle factoren bevorderd die het elektronenvervoer door enige molecules bepalen.8

De technologie is nog ver vanaf het kunnen veelvoudige apparaten met enige moleculecomponenten vervaardigen. De ontwikkeling van nieuwe moleculaire structuren met beter bepaald contact tussen molecule en electrode13 samen met nieuwe zelf-assemblagemethodes is belangrijke stappen naar toekomstige ontwikkeling van geïntegreerde apparaten met veelvoudige enige moleculecomponenten.9, 11


Verwijzing

1. Aviram, A. & Ratner, M.A. Moleculaire Gelijkrichters. Chem. Phys. Lett. 29, 277-283 (1974).
2. Riet, M.A., Zhou, C., Muller, C.J., Burgin, P. & Reis, J.M. Conductance van een Moleculaire Verbinding. Wetenschap 278, 252-254 (1997).
3. Bumm, L.A. et al. Leiden de Enige Moleculaire Draden? Wetenschap 271, 1705-1707 (1996).
4. Joachim, C., Gimzewski, J.K., Schlittler, R.R. & Chavy, de Electronic doorzichtigheid van C. van één enkele C60 molecule. Phys. Toer Lett. 74, 2102-2105 (1995).
5. Galperin, M., Ratner, M.A., Nitzan, A. & Troisi, de Nuclear koppeling van A. en polarisatie in moleculaire vervoerverbindingen: voorbij het een tunnel graven om te functioneren Wetenschap 319, 1056-1060 (2008).
6. Tao, N.J. het Sonderende potentieel-wijsjes resonerende een tunnel graven door redoxmolecules met aftasten het een tunnel graven de microscopie Phys. Toer Lett. 76, 4066-4069 (1996).
7. Kubatkin, S. et al. De transistor van het enig-Elektron van één enkele organische molecule met toegang tot verscheidene redox verklaart Aard 425, 698-701 (2003).
8. Mot-Poulsen, K. en Bjørnholm, het elektronenoverdracht van de enig-Molecule van T. „in drie-eindapparaten in vaste toestand: Status en uitdagingen voor moleculaire elektronika met enige molecules“ Aard Nanotech. 4 (9), 551-556, (2009).
9. Jain, T., Westerlund, F., Johnson, E., mot-Poulsen, K. en Bjørnholm, T. „zelf-Geassembleerde Nanogaps Nano Elektronika“ ACS voor van de enig-Molecule, 3 (4), 828-834, (2009).
10. Gao, J.; Buigmachine, C.M.; Murphy, C.J., Afhankelijkheid van de Gouden Nanorod Aspectverhouding van de Aard van de het Leiden Capillair-actieve Stof in Oplossing In Water. Langmuir, 19, 9065-9070 (2003).
11. Tang, Q., Tong, Y., Jain, T., Hassenkam, T., Bleek, Q., mot-Poulsen, K. en Bjørnholm Nanotechnologie zelf-Geassembleerde Nanogaps voor de Elektronika van de enig-Molecule“ 20, van T. de „(24), 245205, (2009).
12. Danilov, A.V. et al. Elektronisch vervoer in enige moleculeverbindingen: Controle van de molecule-elektrode koppeling door intramoleculaire een tunnel gravende barrières Nano Lett. 8, 1-5 (2008).
13. Martin, C.A. et al. Gebaseerde Fullerene het verankeren van groepen voor moleculaire elektronika J. Am. Soc. 130, 13198-13199 van Chem. (2008).

Copyright AZoNano.com, Dr. Kasper Moth-Poulsen en Professor Thomas Bjørnholm (het Centrum van de nano-Wetenschap, Universiteit van Kopenhagen)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit