Selvsamlede aromatiske molekylære stakke, mod modulære molekylære elektroniske komponenter

At være i stand til effektivt at tune elektrontransportegenskaberne af et enkelt molekyle har været et langvarigt problem i retning af krystallisering af molekylær elektronik, hvor individuelle molekyler efterligner almindelige elektroniske komponenters adfærd som et sandt alternativ til konventionelle siliciumenheder. For at funktionalisere elektrontransportegenskaber, hvert enkelt molekyle skal være præcist justeret på plads med sub-nanometer præcision. I den forstand stakke af selvsamlede aromatiske komponenter, hvor ikke-kovalent bundne π-stakke fungerer som udskiftelige modulære komponenter, er lovende byggesten.

Her beskriver vi elektrontransportegenskaberne af aromatiske stakke justeret i et selvsamlet bur, ved brug af en scanning tunneling mikroskop (STM) baseret break-junction metode. Både identiske og forskellige modulære aromatiske par er ikke-kovalent bundet og stablet i det molekylære stillads, hvilket fører til en række fascinerende elektroniske funktioner. Det tomme bur udviser en lav elektronisk ledningsevne (10 ^–5 G ₀ ) karakteristisk for modstande (figur a), mens indsættelsen af ​​identiske molekylepar resulterer i en markant konduktansforøgelse (10 ^–3 –10 ^–2 G ₀ , G ₀ =2e ² /h) efterligning af elektroniske ledningers opførsel (figur b). Tværtimod, når forskellige molekylepar indsættes i stilladset, elektronisk berigtigelse (opretningsforhold 2 ^–10 ) karakteristisk for en diode kan observeres (figur c).

Teoretiske beregninger viser, at denne ensretningsadfærd stammer fra den forskellige stablingsrækkefølge af de indre aromatiske komponenter i forhold til retningen af ​​elektrontransporten. og de tilsvarende laveste ubesatte molekylære orbitale ledningskanaler lokaliseret på den ene side af de molekylære forbindelser.

Denne undersøgelse baner vejen for udviklingen af ​​molekylære elektroniske enheder med justerbare elektroniske funktioner.