Ud over grænserne for konventionel elektronik:stabile organiske molekylære nanotråde

Forskere ved Tokyo Institute of Technology skabte de første termisk stabile organiske molekylære nanotrådsenheder ved hjælp af et enkelt 4,5 nm langt molekyle anbragt inde i elektroløse forgyldte nanogapelektroder.

De traditionelle metoder og materialer, der bruges til fremstilling af moderne integrerede kredsløb, er tæt på at nå (eller har sandsynligvis allerede nået) deres ultimative fysiske begrænsninger med hensyn til størrelsen af ​​det endelige produkt. Med andre ord, yderligere miniaturisering af elektroniske enheder er næsten umulig uden at gå i dybden med andre typer materialer og teknologi, såsom organiske molekylære elektroniske enheder. Imidlertid, denne klasse af anordninger fungerer generelt kun korrekt ved ekstremt lave temperaturer på grund af termiske udsving i både de organiske molekyler og metalelektroderne.

Mens speciel elektroløs, forgyldte nanogapelektroder, kaldet ELGP -elektroder, har vist enestående termisk stabilitet ved deres afstand, nye klasser af molekylære ledninger skal udvikles for at løse problemerne med miniaturisering og varmeafledning. På grund af dette, et hold forskere, herunder professor Yutaka Majima fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), fokuseret på et 4,5 nm langt molekyle kaldet disulfanyl carbon-bro-oligo- (phenylenevinylen), eller COPV6 (SH) ₂ for kort.

Dette molekyle, vist i fig. 1 (a), har en stiv, stanglignende pi-konjugeret system, som er elektronisk og rumligt isoleret fra omgivelserne af fire 4-octylphenylgrupper. Molekylet har to sulfhydrylterminaler, som måske eller måske ikke binder kemisk med de modsatte guldflader på en ELGP nanogap, vist i fig. 1 (b). Interessant nok, fandt forskergruppen, at når COPV6 (SH) ₂ molekyle binder sig til guldoverflader på en bestemt måde, kaldet SAuSH, som vist i fig. 1 (c), den resulterende enhed viser den karakteristiske adfærd for sammenhængende resonant elektron-tunneling-enheder, som har en række potentielle anvendelser inden for elektronik og nanoteknologiske områder.

Mest vigtigt, den resulterende enhed var termisk stabil, viser lignende strøm vs. spændingskurver både ved 9 og 300 K. Dette var ikke opnået før brug af fleksible organiske molekyltråde. Imidlertid, som vist i fig. 1 (c), der er flere måder, hvorpå COPV6 (SH) ₂ molekyle kan binde ved ELGP nanogap, og teamet har i øjeblikket ingen måde at kontrollere den type enhed, de får.

Bortset fra det, de målte de elektriske egenskaber ved de enheder, de opnåede for detaljeret at forklare de underliggende kvantemekanismer, der bestemmer deres adfærd. Ud over, de verificerede deres fund med teoretisk afledte værdier og, ved at gøre dette, de forstærkede deres viden yderligere om driftsprincippet for SAuSH -enheden og de andre mulige konfigurationer.

Den næste udfordring er at opnå et bedre udbytte af SAuSH -enheden, fordi deres udbytte var mindre end 1 procent. Teamet mener, at molekylets stivhed og høje molekylvægt, såvel som stabiliteten af ​​ELGP -elektroder, ville være ansvarlig for den høje stabilitet af den resulterende enhed og dens lave udbytte. I betragtning af de mange mulige variationer af COPVn -klassen af ​​molekyler og de forskellige ELGP -nanogap -konfigurationer, udbytteproblemet kan løses via justeringer i metoderne og egenskaberne ved de anvendte molekyler og huller. De data, der rapporteres i dette arbejde, vil danne grundlag for fremtidig elektronisk forskning i molekylær skala.