Nanoskala sonde afslører interaktioner mellem overflader og enkeltmolekyler

(PhysOrg.com) - Efterhånden som elektronikken bliver mindre og mindre, bliver behovet for at forstå fænomener i nanoskala større og større. Fordi materialer udviser andre egenskaber på nanoskalaen, end de gør i større skalaer, nye teknikker er nødvendige for at forstå og udnytte disse nye fænomener. Et team af forskere under ledelse af Paul Weiss, UCLAs Fred Kavli -stol i NanoSystems Sciences, har udviklet et værktøj til at studere nanoskala interaktioner. Deres enhed er en dual scanning tunneling og mikrobølge-frekvens sonde, der er i stand til at måle interaktionerne mellem enkelte molekyler og de overflader, som molekylerne er knyttet til.

"Vores sonde kan generere data om det fysiske, kemisk, og elektroniske interaktioner mellem enkeltmolekyler og substrater, de kontakter, som de er knyttet til. Ligesom i halvlederanordninger, kontakter er kritiske her, "bemærkede Weiss, der leder UCLA's California NanoSystems Institute og også er en fornem professor i kemi og biokemi og materialevidenskab og teknik.

Holdet, som også inkluderer teoretisk kemiker Mark Ratner fra Northwestern University og syntetisk kemiker James Tour fra Rice University, offentliggjorde deres resultater i det peer-reviewed journal ACS Nano .

I de sidste 50 år har elektronikindustrien har bestræbt sig på at følge med Moores lov, Gordon E. Moore forudsagde i 1965, at størrelsen af ​​transistorer i integrerede kredsløb ville halvere sig cirka hvert andet år. Mønsteret for konsekvent fald i størrelsen på elektronik nærmer sig det punkt, hvor transistorer skal konstrueres i nanoskalaen for at holde trit. Imidlertid, forskere er stødt på forhindringer i at skabe enheder på nanoskalaen på grund af vanskeligheden ved at observere fænomener i så små størrelser.

Forbindelserne mellem komponenter er et vigtigt element i nanoskalaelektronik. For molekylære anordninger, polariserbarhed måler, i hvilket omfang kontaktens elektroner interagerer med enkeltmolekylets. To centrale aspekter ved polariserbarhedsmålinger er evnen til at foretage målingen på en overflade med subnanometeropløsning, og evnen til at forstå og kontrollere molekylære switches i både tændt og slukket tilstand.

For at måle polariserbarheden af ​​enkelte molekyler udviklede forskergruppen en sonde, der var i stand til samtidig at scanne tunnelmikroskopimålinger (STM) og målinger af mikrobølgeforskel (MDF). Med sondens MDF -egenskaber, teamet var i stand til at lokalisere enkeltmolekyleomskiftere på substrater, selv når kontakterne var slukket, en nøglefunktion, der mangler i tidligere teknikker. Når teamet havde fundet switchene, de kunne bruge STM til at ændre tilstanden til til eller fra og til at måle interaktionerne i hver tilstand mellem de enkelte molekylafbrydere og substratet.

De nye oplysninger fra teamets sonde fokuserer på, hvad grænserne for elektronik vil være, frem for at målrette enheder til produktion. Også, fordi sonden er i stand til en lang række målinger - herunder fysiske, kemisk og elektronisk - det kan sætte forskere i stand til at identificere submolekylære strukturer i komplekse biomolekyler og samlinger.