Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

ASU: s forskning om enda molekyl aids utveckling av framtida nanoskala enheter

Published on March 4, 2011 at 4:35 AM

I forskning som förekommer i ett färskt nummer av tidskriften Nature Nanotechnology har Nongjian "NJ" Tao, forskare vid Biodesign Institute vid ASU, visade ett smart sätt att styra elektrisk konduktans av en enda molekyl, genom att utnyttja den molekyl mekaniska egenskaper.

Sådan kontroll så småningom kan spela en roll i utformningen av extremt små elektriska prylar, skapade för att utföra otaliga nyttiga uppgifter, från biologiska och kemiska sensorer för att förbättra tele-och datorns minne.

Tao leder en forskargrupp som används för att hantera de utmaningar som är förenade med att skapa elektriska enheter av denna storlek, där egendomliga effekter av den kvantmekaniska världen ofta dominerar enhet beteende. Som Tao förklarar, är en sådan fråga att definiera och kontrollera den elektriska ledningsförmågan av en enda molekyl, knutna till ett par guld elektroder.

"Några molekyler har ovanligt elektromekaniska egenskaper som är till skillnad från kisel-baserade material," Tao säger. "En molekyl kan också känna igen andra molekyler via specifika interaktioner." Dessa unika egenskaper kan ge enorma funktionell flexibilitet till designers av nanoskala enheter.

I den aktuella forskningen undersöker Tao den elektromekaniska egenskaper enstaka molekyler inklämt mellan ledande elektroder. När en spänning läggs, kan en resulterande strömflödet mätas. En särskild typ av molekyl, som kallas pentaphenylene, användes och dess elektriska ledningsförmåga undersöks.

Tao grupp kunde variera konduktans med så mycket som en storleksordning, helt enkelt genom att ändra inriktningen av molekylen i förhållande till elektrod ytorna. Närmare bestämt var molekylens lutningsvinkel ändras, med konduktans ökar i takt med avståndet mellan elektroderna minskar, och når högst när molekylen var redo mellan elektroderna i 90 grader.

Anledningen till den dramatiska fluktuationer i konduktans har att göra med den så kallade pi orbitaler av elektroner som utgör molekyler och deras samspel med elektron orbitaler i den bifogade elektroderna. Som Tao anteckningar, kan pi orbitaler ses som elektron moln, sticker vinkelrätt från båda sidor av planet av molekylen. När vinkel av en molekyl fångade mellan två elektroder ändras, kan dessa pi orbitaler kommer i kontakt och blanda med elektron orbitaler finns i guld elektrod - en process som kallas lateral koppling. Denna laterala koppling av orbitaler har effekten av ökande konduktans.

I fallet med pentaphenylene molekylen var den laterala kopplingen effekten uttalad, med konduktans nivåer ökar upp till 10 gånger i sidled koppling av orbitaler kom i större spel. Däremot gjorde tetraphenyl molekylen används som en kontroll för experimenten uppvisar inte lateral koppling och konduktans värden var konstant, oavsett vinkel tillämpas på molekylen. Tao säger att molekyler nu kan utformas för att antingen utnyttja eller minimera lateral koppling effekter av orbitaler, vilket möjliggör en finjustering av konduktans egenskaper, baserade på ett programs specifika krav.

Ytterligare ett självtest på konduktans resultaten genomfördes med hjälp av en modulering metod. Här var molekylen ställning jiggled i 3 rumsliga riktningar och konduktans värden som observerats. Först när dessa snabba störningar just bytt vinkel av molekylen i förhållande till elektroden var konduktans värderingar ändras, vilket tyder på att lateral koppling av elektron orbitaler verkligen var ansvarig för effekten. Tao tyder också på att denna modulering tekniken i stort sett kan användas som en ny metod för att utvärdera konduktans förändringar i molekylär skala system.

Forskningen stöds av Department of Energy - Grundläggande Energi Naturvetenskapsprogrammet.

Förutom att leda Biodesign institutets Centrum för Bioelektronik och biosensorer, är Tao en professor vid Institutionen för elektro-, dator-och energiteknik, på ASU: s Ira A. Fulton Schools of Engineering och en affilierad professor i kemi och biokemi, fysik och materialteknik.

Källa: http://www.asu.edu/

Last Update: 4. October 2011 00:31

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit