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ASU Scientist Zeigt Controlling elektrische Leitfähigkeit einzelner Moleküle

Published on February 21, 2011 at 4:15 AM

In der Forschung erscheint in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Nature Nanotechnology hat Nongjian "NJ" Tao, ein Forscher an der Biodesign Institute an der Arizona State University, ein cleverer Weg der Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit eines einzelnen Moleküls nachgewiesen, durch die Ausnutzung des Moleküls mechanischen Eigenschaften.

Diese Kontrolle kann schließlich eine Rolle spielen bei der Gestaltung von ultra-winzige elektrische Geräte, geschaffen, um unzählige nützliche Aufgaben zu erfüllen, von biologischen und chemischen Sensorik zur Verbesserung der Telekommunikation und Computer-Speicher.

Beim Betrieb elektrischer Geräte mit einem molekularen Maßstab sind geschrumpft, so werden beide elektrischen und mechanischen Eigenschaften eines bestimmten Moleküls entscheidend. Spezifische Eigenschaften können genutzt werden, je nach Anforderungen der Anwendung. Hier ist ein einzelnes Molekül an einem Ende mit einem Paar von Gold-Elektroden befestigt und bilden eine elektrische Schaltung, deren Strom gemessen werden kann.

Tao führt ein Forscherteam um den Herausforderungen bei der Schaffung von elektrischen Geräten dieser Größe, wo skurrilen Auswirkungen der Quantenwelt oft dominieren Gerät Verhalten zur Folge zu tun haben. Als Tao erklärt, ist ein solches Problem zu definieren und die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit eines einzelnen Moleküls, an einem Paar von Gold-Elektroden.

"Manche Moleküle haben ungewöhnliche elektromechanischen Eigenschaften, die im Gegensatz zu Silizium-basierten Materialien sind. Ein Molekül kann auch erkennen, andere Moleküle über spezifische Wechselwirkungen." Diese einzigartigen Eigenschaften können enorme funktionale Flexibilität für Designer von nanoskaligen Geräte bieten.

In der aktuellen Forschung untersucht Tao der elektromechanischen Eigenschaften einzelner Moleküle zwischen leitenden Elektroden angeordnet. Wenn eine Spannung angelegt wird, kann eine resultierende Stromfluss gemessen werden. Eine besondere Art von Molekül, wie pentaphenylene bekannt wurde und dessen elektrische Leitfähigkeit untersucht.

Tao der Gruppe konnte die Leitfähigkeit um mehr als eine Größenordnung variieren, indem Sie einfach die Orientierung des Moleküls in Bezug auf die Oberfläche der Elektroden. Insbesondere wurde das Molekül ist Neigungswinkel verändert, mit Leitfähigkeit steigt als der Abstand zwischen den Elektroden verringert und erreicht ein Maximum, wenn das Molekül zwischen den Elektroden bei 90 Grad bereit.

Der Grund für den dramatischen Schwankungen in der Leitfähigkeit hat mit der sog. pi-Orbitale der Elektronen, aus denen die Moleküle und ihre Wechselwirkung mit Elektronen-Orbitale in der beigefügten Elektroden zu tun. Als Tao Notizen können pi-Orbitale als Elektronen-Wolken, hervorstehende senkrecht von beiden Seiten der Ebene des Moleküls betrachtet werden. Wenn der Neigungswinkel eines Moleküls zwischen zwei Elektroden eingeschlossen verändert wird, kann diese pi-Orbitale in Kontakt und vermischen sich mit Elektronen-Orbitale in der Goldelektrode-Vorgang wird als laterale Kopplung bekannt. Enthaltenen kommen Diese seitliche Kopplung der Orbitale hat den Effekt der steigenden Leitfähigkeit.

Im Falle der pentaphenylene Molekül, wurde die laterale Kopplung Wirkung ausgesprochen, mit Leitwert Ebenen zunehmend bis zu 10-mal so die laterale Kopplung der Orbitale kamen in größerer spielen. Im Gegensatz dazu hat das Tetraphenyl-Molekül als Kontrolle für die Experimente verwendet nicht zeigen laterale Kopplung und Leitwerte konstant, unabhängig von der Neigung angelegt, um das Molekül. Tao sagt, dass Moleküle können nun entwickelt, um entweder zu nutzen oder zu minimieren laterale Kopplung Auswirkungen der Orbitale werden, wodurch die Feinabstimmung der Leitwert Eigenschaften, basierend auf einer Anwendung der spezifischen Anforderungen.

Eine weitere Self-Check auf dem Leitwert Ergebnisse erfolgte mittels einer Modulation-Verfahren durchgeführt. Hier wurde das Molekül die Position in 3 Raumrichtungen wackelte und die Leitwerte eingehalten. Nur wenn diese schnelle Störungen gezielt verändert den Neigungswinkel des Moleküls relativ zu den Elektroden wurden Leitwerte verändert, was darauf hinweist, dass laterale Kopplung der Elektronen-Orbitale war in der Tat für die Wirkung verantwortlich. Tao auch vermuten, dass diese Modulation Technik im Großen und Ganzen kann als eine neue Methode zur Bewertung der Leitwert Veränderungen im molekularen Maßstab angewendet werden.

Quelle: http://www.asu.edu/

Last Update: 6. October 2011 07:15

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