Eletrônica Com Únicas Moléculas

Traça-Poulsen do Dr. Kasper e Professor Thomas Bjørnholm, Centro da Nano-Ciência, Universidade de Copenhaga, Dinamarca
Autor Correspondente: tb@nano.ku.dk

Introdução

A Única eletrônica da molécula é um campo da pesquisa que centra-se sobre o estudo de transferência do elétron através das únicas moléculas.

Um dos objetivos a longo prazo é desenvolver dispositivos com as unidades funcionais definidas pela única molécula. Este é o limite final para a miniaturização da eletrônica molecular.1

Durante os últimos 10 -15 anos o campo foi centrado sobre a compreensão básica do transporte do elétron através das únicas moléculas e da revelação de bancos de ensaio apropriados.2-7

Os desafios actuais incluem a revelação dos métodos para a integração de únicos componentes múltiplos da molécula em uma maneira reprodutível. Controle, com precisão do átomo, das geometria da relação entre a molécula e o eléctrodo é uma chave ao sucesso nesta área.8

Eléctrodos Auto-Montados com uma Única Molécula Incorporada?

Durante as últimas décadas, as técnicas litográficas invertidos foram refinadas enorme - mas apesar disto - os métodos são ainda longe da fabricação em massa de cópias idênticas de nanogaps do eléctrodo na escala do nanômetro do comprimento 1-2. As Diferenças com as únicas moléculas nelas são mesmo mais duras de fabricar.

Em contraste com técnicas invertidos da fabricação, os métodos do conjunto do auto confiam no uso das forças intermolecular que operam tipicamente sobre a escala de secundário-nanômetro do comprimento. Na tentativa de construir uma ponte sobre para baixo a diferença entre a escala molecular do comprimento e as capacidades da litografia da parte superior - o cientista no Centro da Nano-Ciência na Universidade de Copenhaga desenvolveu um método onde os eléctrodos do ouro fossem crescidos das sementes preassembled do nanoparticle do ouro pelo auto-conjunto baseado solução.9

Em breve, o método envolve um processo do pas-de-deux onde uma única molécula seja usada primeiramente para ligar junto duas sementes do nanoparticle para formar dímero. Num segundo a etapa, os dímero é expor a um sal do ouro, a um surfactant e a um agente suave da redução. No direito a reacção condiciona a semente do nanoparticle do ouro virá nanorods do ouro do único cristal do formulário (Figura 1). Ajustando as condições da reacção, o comprimento das hastes pode ser controlado de 20 a 500 comprimentos do nanômetro10 - uma escala do comprimento que seja muito mais fácil de contactar com técnicas litográficas invertidos11. Um aspecto atractivo deste método é que pode ser possível fabricar únicos dispositivos múltiplos da molécula.9

A Figura 1. nanorods Quimicamente crescidos do ouro é usada para contactar a única molécula.9 Cortesia de Imagem de Titoo Jain

Contactos Bem Definidos do Projecto Químico

A relação entre os eléctrodos do metal e a molécula é da importância primordial para a natureza do transporte do elétron através das únicas moléculas. Se o acoplamento entre a molécula e o eléctrodo é forte - os elétrons escavam um túnel directamente através da molécula. Se o acoplamento é fraco, o transporte do elétron é um processo do pas-de-deux onde o elétron resida na molécula como uma parte do transporte do elétron da fonte para drenar o eléctrodo. O transporte acoplado fraco é chamado bloqueio de Culômbio e pode ser usado para construir únicos transistor do elétron.8, 12

Na tentativa de desenvolver um controle melhor a geometria da relação - os Cientistas no Centro da Nano-Ciência na Universidade de Copenhaga projectaram as moléculas que fullerene incorporado (moléculas60 de C) na região do contacto entre o eléctrodo e a molécula do interesse. O tamanho e a estrutura eletrônica do fullerene permitem uma área de contacto maior e um contacto químico estável entre a molécula e o eléctrodo e assim permitir medidas estáveis do dispositivo - mesmo na temperatura ambiente.13

Figura 2. Relação entre a molécula e os eléctrodos pelo uso do fullerene que ancora grupos.13

Sumário

Durante as últimas décadas o campo da eletrônica molecular foi centrado sobre a compreensão básica do transporte do elétron através das únicas moléculas e da revelação de bancos de ensaio apropriados. Estas experiências promoveram uma compreensão da interacção intrigante entre a estrutura molecular, os níveis de energia molecular e a geometria da relação - todos os factores que determinam o transporte do elétron através das únicas moléculas.8

A tecnologia é ainda longe de poder fabricar dispositivos múltiplos com únicos componentes da molécula. A revelação de estruturas moleculars novas com contacto mais bem definido entre a molécula e o electrode13 junto com métodos novos do auto-conjunto é etapas importantes para a revelação futura de dispositivos integrados com únicos componentes múltiplos da molécula.9, 11


Referência

1. Aviram, A. & Ratner, M.A. Molecular Retificador. Chem. Phys. Lett. 29, 277-283 (1974).
2. Reed, M.A., Zhou, C., Muller, C.J., Burgin, P. & Excursão, J.M. Condutibilidade de uma Junção Molecular. Ciência 278, 252-254 (1997).
3. Bumm, L.A. e outros. Os Únicos Fios Moleculars Estão Conduzindo? Ciência 271, 1705-1707 (1996).
4. Joachim, C., Gimzewski, J.K., Schlittler, R.R. & Chavy, transparência de C. Eletrônico de uma única molécula C60. Phys. Rev. Lett. 74, 2102-2105 (1995).
5. Galperin, M., Ratner, M.A., acoplamento de Nitzan, de A. & de Troisi, de A. Nuclear e polarização em junções moleculars do transporte: além da escavação de um túnel a funcionar Ciência 319, 1056-1060 (2008).
6. Tao, escavação de um túnel ressonante de Sondagem dos potencial-acordos do New Jersey através das moléculas dos redox com microscopia Phys da escavação de um túnel da exploração. Rev. Lett. 76, 4066-4069 (1996).
7. Kubatkin, o transistor do Único-Elétron do S. e outros de uma única molécula orgânica com acesso a diversos redox indica a Natureza 425, 698-701 (2003).
8. Traça-Poulsen, K. e Bjørnholm, transferência do elétron Único-Molécula do T. da “em dispositivos de circuito integrado do três-terminal: Estado e desafios para a eletrônica molecular com Natureza Nanotech das únicas moléculas”. 4 (9), 551-556, (2009).
9. Jain, T., Westerlund, F., Johnson, E., Traça-Poulsen, K. e Bjørnholm, T. “Nanogaps Auto-Montado para a Eletrônica” ACS da Único-Molécula Nano, 3 (4), 828-834, (2009).
10. Gao, J.; Dobrador, C.M.; Murphy, C.J., Dependência do Prolongamento De Nanorod do Ouro na Natureza do Surfactant de Direcção na Solução Aquosa. Langmuir, 19, 9065-9070 (2003).
11. Tang, Q., Tong, Y., Jain, T., Hassenkam, T., Macilento, Q., Traça-Poulsen, K. e Bjørnholm, Nanotecnologia 20 da Eletrônica da Único-Molécula do T. “Nanogaps Auto-Montado para” (24), 245205, (2009).
12. Danilov, transporte Eletrônico de A.V. e outros em únicas junções da molécula: Controle do acoplamento do molécula-eléctrodo através das barreiras intramolecular Lett Nano da escavação de um túnel. 8, 1-5 (2008).
13. Martin, Fullerene de C.A. e outros baseado ancorando grupos para a eletrônica molecular J. Ser. Chem. Soc. 130, 13198-13199 (2008).

Copyright AZoNano.com, Dr. Kasper Traça-Poulsen e Professor Thomas Bjørnholm (Centro da Nano-Ciência, Universidade de Copenhaga)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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