Molekylær elektronik videnskabsmænd knuser umulige rekorder

Et internationalt forskerhold, der inkluderer University of Central Florida professor Enrique del Barco, Damien Thompson fra University of Limerick og Christian A. Nijhuis fra National University of Singapore har knækket en vigtig begrænsning, som i næsten 20 år har forhindret den praktiske brug af molekylære dioder.

Elektriske kredsløb er de grundlæggende byggesten i moderne elektronik, med komponenter, der styrer strømmen. En af disse komponenter er dioden, som tillader strømningen i en retning, mens den blokerer for den modsatte strøm.

De kredsløb, der er allestedsnærværende i elektroniske enheder verden over, er siliciumbaserede. Men videnskabsmænd har længe forsøgt at duplikere mulighederne for silicium-baserede kredsløb på molekylært niveau. Molekylær elektronik bruger enkelte molekyler eller samlinger af enkeltmolekyler på nanoskala som elektroniske komponenter. Det ville tillade den hidtil usete miniaturisering af computere og anden elektronik.

Dioder er kendetegnet ved deres ensretningsforhold, som er hastigheden mellem strøm for positiv og negativ elektrisk bias. Ensretningsforholdene for kommercielle siliciumbaserede dioder har ensretningsforhold mellem 10 ⁵ og 10 ⁸ .

Jo højere udbedringsprocenten er, jo mere præcis styring af strøm. Så, i næsten 20 år uden held, forskere har forsøgt at designe molekylære dioder, der matcher eller overstiger det ensretningsforhold. En grundlæggende teoretisk begrænsning af et enkelt molekyle havde begrænset molekylære dioder til ensretningsforhold, der ikke var højere end 10 ³ — langt fra de kommercielle værdier af siliciumbaserede dioder.

Nu, som rapporteret mandag i det videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi , et team af videnskabsmænd ledet af Nijhuis har demonstreret en måde at nå et oprettelsesforhold på, som var blevet anset for at være en teoretisk umulighed.

Forskerne var i stand til at danne makroskala tunnelforbindelser baseret på et enkelt lag af molekylære dioder. Antallet af molekyler, der leder strøm i disse overgange, ændres med bias-polariteten, således multiplicere det iboende rektifikationsforhold for et individuelt molekyle for fremadrettet bias med tre størrelsesordener. Deres metode overvandt de 10 ³ begrænsning, hvilket resulterer i et rekordhøjt korrektionsforhold på 6,3 x 10 ⁵ .

"Det overskred den grænse, som teorien pålægger. Helt klart, du har nu en molekylær diode, der reagerer sammenligneligt med siliciumbaserede dioder, " sagde del Barco, en fysiker, der fortolkede dataene og udførte den teoretiske modellering, der forklarede, hvordan det fungerer. "Det flytter noget, der kun var videnskab, til en kommerciel mulighed."

Gennembruddet vil sandsynligvis ikke erstatte siliciumdioder, men kunne i sidste ende medføre brugen af ​​molekylære dioder til applikationer, som siliciumdioder ikke kan håndtere. Og molekylære dioder, som kan fremstilles i et kemilaboratorium, ville være billigere og nemmere at fremstille end standarddioder.