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ASU Scientist Dimostra Controllo conduttanza elettrica di singole molecole

Published on February 21, 2011 at 4:15 AM

Nella ricerca compaiono nel numero odierno della rivista Nature Nanotechnology, Nongjian "New Jersey" Tao, ricercatore presso l'Istituto Biodesign presso l'Arizona State University, ha dimostrato un modo intelligente per controllare conduttanza elettrica di una singola molecola, sfruttando le proprietà meccaniche della molecola.

Tale controllo può finalmente giocare un ruolo nella progettazione di gadget elettronici ultra-piccolo, creato per svolgere una miriade di compiti utili, dal rilevamento biologici e chimici per migliorare le telecomunicazioni e la memoria del computer.

Quando i dispositivi elettrici sono ridotti ad una scala molecolare, sia le proprietà elettriche e meccaniche di una data molecola diventino critici. Proprietà specifiche possono essere sfruttate, a seconda delle esigenze dell'applicazione. Qui, una singola molecola è collegata alle due estremità di una coppia di elettrodi d'oro, formando un circuito elettrico, la cui attuale può essere misurata.

Tao guida un team di ricerca utilizzato per affrontare le sfide comportato nella creazione di dispositivi elettrici di queste dimensioni, dove gli effetti stravaganti del mondo quantistico spesso dominano comportamento del dispositivo. Come spiega Tao, un problema tale è la definizione e il controllo della conduttanza elettrica di una singola molecola, attaccato a una coppia di elettrodi d'oro.

"Alcune molecole hanno insolite proprietà elettromeccaniche, che sono a base di silicio a differenza dei materiali. Una molecola può riconoscere anche altre molecole attraverso interazioni specifiche". Queste proprietà uniche in grado di offrire enorme flessibilità funzionale ai progettisti di dispositivi su scala nanometrica.

Nella ricerca attuale, Tao esamina le proprietà elettromeccaniche di singole molecole a sandwich tra conduzione elettrodi. Quando viene applicata una tensione, un flusso di corrente risultante può essere misurata. Un particolare tipo di molecola, nota come pentaphenylene, è stato utilizzato e la sua conduttanza elettrica esaminati.

Gruppo Tao è stato in grado di variare la conduttanza da tanto quanto un ordine di grandezza, semplicemente cambiando l'orientamento della molecola rispetto alla superficie dell'elettrodo. In particolare, l'angolo di inclinazione della molecola è stata modificata, con la conduttanza in aumento, come la distanza che separa gli elettrodi diminuito, e raggiungendo un massimo quando la molecola è in bilico tra gli elettrodi a 90 gradi.

Il motivo della fluttuazione drammatica della conduttanza ha a che fare con la cosiddetta pi orbitali degli elettroni che compongono le molecole, e la loro interazione con orbitali degli elettroni negli elettrodi collegati. Come osserva Tao, orbitali pi può essere pensato come nubi di elettroni, che sporge perpendicolarmente da entrambi i lati del piano della molecola. Quando l'angolo di inclinazione di una molecola intrappolata tra due elettrodi viene alterato, questi orbitali pi possibile entrare in contatto e si fondono con orbitali di elettroni contenuti nel elettrodo d'oro, un processo noto come accoppiamento laterale. Questo accoppiamento laterale di orbitali ha l'effetto di conduttanza in aumento.

Nel caso della molecola pentaphenylene, l'effetto di accoppiamento laterale è stata pronunciata, con livelli di conduttanza aumento fino a 10 volte l'accoppiamento laterale di orbitali è entrato in maggiore gioco. Al contrario, la molecola tetraphenyl utilizzato come controllo per gli esperimenti non presentano accoppiamento laterale e valori di conduttanza sono rimasti costanti, indipendentemente dalla inclinazione applicata alla molecola. Tao afferma che le molecole possono essere progettate per sfruttare una o minimizzare gli effetti di accoppiamento laterale di orbitali, permettendo la messa a punto delle proprietà conduttanza, in base alle esigenze specifiche di un'applicazione.

Un ulteriore auto-controllo sui risultati conduttanza è stata effettuata utilizzando un metodo di modulazione. Qui, la posizione della molecola è stata tremolava in 3 direzioni spaziali ed i valori di conduttanza osservati. Solo quando queste perturbazioni rapido specifico cambiato l'angolo di inclinazione della molecola rispetto al elettrodi sono stati modificati i valori di conduttanza, indicando che l'accoppiamento laterale di orbitali degli elettroni era effettivamente responsabile dell'effetto. Tao suggerisce anche che questa tecnica di modulazione può essere largamente applicata come un nuovo metodo per valutare i cambiamenti della conduttanza in scala molecolare sistemi.

Fonte: http://www.asu.edu/

Last Update: 14. November 2011 23:50

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