Buckyball -buffer hjælper med at lede elektricitet i kun en retning, afgørende for kredsløb i molekylstørrelse

Kredsløb er blevet mindre, lade computere passe i din håndflade, men hvad nu hvis kredsløb kunne være så små som molekyler? For at oprette sådanne kredsløb, forskere har brug for molekylære dioder, der lader strømmen bevæge sig i en retning, men ikke en anden. Kulstofbaserede dioder viser løfte, men de er følsomme over for deres miljø. De fungerer ikke godt, når de passer ind i praktiske enheder. Forskere omstrukturerede dioden ved at adskille elektronrørområdet, lavet af et enkelt lag pentacen, fra de metalliske elektroder. Bufferen er et tyndt lag af bittesmå kulkugler, eller buckyballs. Den nye diode er 1, 000 gange mere effektiv til at lede strøm i den ene retning end den anden.

Forskerne identificerede den molekylære Schottky -mekanisme, der lader dioden lede elektricitet i den ene retning og ikke den anden. Denne mekanisme kan vise sig at være et generelt træk ved sådanne molekylære systemer, og evnen til at konstruere det ved tilsætning af et tyndt lag kan have konsekvenser for masseproducerende molekylbaseret elektronik og innovationer i solceller og visse organiske solceller.

Mere end fyrre år efter det oprindelige forslag om organiske molekylære dioder, den elektriske ydelse af sådanne anordninger forbliver flere størrelsesordener under deres uorganiske modstykker. En primær årsag er, at molekyler er meget følsomme over for deres nærmeste miljø, så meget af deres ønskelige iboende elektriske egenskaber går tabt, når de integreres i faktiske enheder. Dette arbejde overvinder sådanne problemer ved at afkoble den aktive enhedsregion fremstillet af et monolag af pentacen fra de metalliske elektroder ved hjælp af et bufferlag lavet af metalliserede buckyballs (C60).

De iboende svage interaktioner mellem C60 og pentacen og den stærke kobling af C60 med kobber fører til et system, der minder om en 2-molekyle tyk Schottky-diode, med en aktuel rektifikation, der kan sammenlignes med de bedste performere inden for molekylære dioder. Disse fund åbner muligheden for at konstruere ikke-lineær elektrisk adfærd på en nanometer længdeskala inden for organisk optoelektronik og fotovoltaik. Scanning af tunnelmikroskopimuligheder ved Center for Nanoskala Materialer (CNM) med overfladeforberedelse under ultrahøjt vakuum var afgørende for at bygge og karakterisere disse selvmonterede systemer i atomskala. Med denne struktur bestemt eksperimentelt, beregninger på CNM's højtydende computerklynge afslørede heterojunctionens elektroniske struktur og transportmekanisme.