Måling af elektrisk konduktans på tværs af et enkelt molekyle

Når ædelmetaller, som guld, behandles med en alifatisk thiol, ligesom alkanethiol, et ensartet enkeltlag-et lag kun ét molekyle dybt-samler sig selv på overfladen. Hvert enkelt molekyle kan lede elektroner. Dette fænomen er interessant, fordi de ledende molekyler producerer unikke kvanteegenskaber, der potentielt kan være nyttige i elektronik, såsom transistorer, superledende kontakter og gassensorer.

Forsøg på at måle strømmen på tværs af denne tynde skum af molekyler har givet forskellige resultater. Forskere ved Aix-Marseille University i Frankrig udviklede et nyt, stabil mekanisk opsætning til at måle konduktans på tværs af individuelle molekyler med større succes. Resultaterne offentliggøres i Journal of Applied Physics , fra AIP Publishing.

"Dette er virkelig en grundlæggende undersøgelse vedrørende adfærd for et eller et par molekyler, "sagde Hubert Klein, adjunkt ved Aix-Marseille University og en medforfatter på papiret. "Resultaterne giver nogle friske ideer til folk, der er interesseret i dets applikationer i elektroniske enheder."

Tidligere undersøgelser har undersøgt scanningstunnelmikroskopi og Break Junction -teknikker til måling af elektrisk konduktans gennem individuelle molekyler. Disse tidligere undersøgelser fremhævede betydningen af ​​temperatur på konduktans på tværs af det molekylære lag. På grund af begrænsninger i forsøgsbetingelser, resultaterne fra begge teknikker gav en stor spredning i den målte strøm.

Klein og hans team udviklede en ny teknik, der bygger på denne observation. Deres mekaniske opsætning består af en hakket alkanethiolbehandlet guldtråd fastgjort til en fosforbronsebøjningsplade. Ved stuetemperatur, molekylerne organiserer sig selv på guldtråden.

Ifølge Klein, designet til denne undersøgelse er et resultat af et tidligere projekt, der producerede pikometeropløsning og krævede en stabil opsætning for at sikre, at elektroderne ikke drev ved stuetemperatur. På samme tid, han fortsatte sine studier af enkeltmolekyleobservationer ved hjælp af nærfeltmikroskopiteknikker.

"Vi havde derfor naturligvis ideen om at anvende vores nye brugerdefinerede enhed til spørgsmål om enkeltmolekylær konduktans, "Sagde Klein.

Ved hjælp af denne nye opsætning, holdet var i stand til at måle den spontane udvikling af strøm i hakket langs guldtråden mellem to metalliske elektroder. Teamet bestemte konduktans på tværs af et individuelt molekyle ved at måle strømspring fra den spontane forbindelse og afkobling af molekyler i kontakt med elektroderne. Temperatur drev "tidsmæssig udvikling", når mekanisk belastning ikke virkede på molekylet.

Forskerne erkender, at det mekaniske design i denne undersøgelse ikke nødvendigvis kan opnås under standard laboratorieforhold. Imidlertid, stabiliteten i denne nye tilgang åbner muligheder for nye undersøgelser af nanokontakter, og dynamikken og transporten af ​​molekyler ved stuetemperatur.

"Det er spændende at se, at vi har adgang til adfærd for individuelle nanometriske objekter ved stuetemperatur, "Sagde Klein." Det er en stor belønning at se indsatsen for din intuition blive en realitet. "