Nye molekylære ledninger til elektroniske enheder med enkelt molekyle

Forskere ved Tokyo Institute of Technology designede en ny type molekylær ledning doteret med organometallisk ruthenium for at opnå en hidtil uset højere ledningsevne end tidligere molekylære ledninger. Oprindelsen af ​​høj ledningsevne i disse ledninger er fundamentalt forskellig fra lignende molekylære enheder og foreslår en potentiel strategi for udvikling af stærkt ledende "dopede" molekylære ledninger.

Siden deres undfangelse, forskere har forsøgt at krympe elektroniske enheder til hidtil usete størrelser, endda til det punkt, hvor de fremstilles ud fra nogle få molekyler. Molekylære ledninger er blandt byggestenene i sådanne små ting, og mange forskere har udviklet strategier til at syntetisere stærkt ledende, stabile ledninger fra omhyggeligt designede molekyler.

Et team af forskere fra Tokyo Institute of Technology, inklusive Yuya Tanaka, designet en ny molekylær ledning i form af en metalelektrode-molekyle-metal-elektrode (MMM)-forbindelse inklusive en polyyn, et organisk kædelignende molekyle, "doteret" med en ruthenium-baseret enhed Ru(dppe) ₂ . Det foreslåede design, med på forsiden af Journal of the American Chemical Society , er baseret på konstruktion af energiniveauerne i de ledende orbitaler af atomerne i tråden, i betragtning af egenskaberne ved guldelektroder.

Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi, holdet bekræftede, at konduktansen af ​​disse molekylære ledninger var lig med eller højere end tidligere rapporterede organiske molekylære ledninger, herunder lignende ledninger "dopet" med jernenheder. Motiveret af disse resultater, forskerne fortsatte derefter med at undersøge oprindelsen af ​​den foreslåede lednings overlegne ledningsevne. De fandt ud af, at de observerede ledende egenskaber var fundamentalt forskellige fra tidligere rapporterede lignende MMM-forbindelser og var afledt af orbital opdeling. Med andre ord, orbitalspaltning inducerer ændringer i atomernes oprindelige elektronorbitaler for at definere en ny "hybrid" orbital, der letter elektronoverførsel mellem metalelektroderne og trådmolekylerne. Ifølge Tanaka, "en sådan orbital opdelingsadfærd er sjældent blevet rapporteret for noget andet MMM-kryds."

Da et snævert mellemrum mellem de højeste (HOMO) og laveste (LUMO) besatte molekylære orbitaler er en afgørende faktor for at forbedre konduktansen af ​​molekylære ledninger, den foreslåede synteseprotokol anvender en ny teknik til at udnytte denne viden, som Tanaka tilføjer "Det nuværende studie afslører en ny strategi til at realisere molekylære ledninger med et ekstremt smalt HOMO?LUMO-gab via MMM-forbindelsesdannelse."

Denne forklaring på de fundamentalt forskellige ledende egenskaber af de foreslåede ledninger letter den strategiske udvikling af nye molekylære komponenter, som kunne være byggestenene i fremtidens minuskulære elektroniske enheder.