Elektroner hopper til det på snoede molekylære ledninger

Forskere ved Osaka University syntetiserede snoede molekylære ledninger på kun et molekyle tykke, der kan lede elektricitet med mindre modstand sammenlignet med tidligere enheder. Dette arbejde kan føre til kulstofbaserede elektroniske enheder, der kræver færre giftige materialer eller skrappe behandlingsmetoder.

Organiske dirigenter, som er kulstofbaserede materialer, der kan lede elektricitet, er en spændende ny teknologi. Sammenlignet med konventionel siliciumelektronik, organiske ledere kan lettere syntetiseres, og kan endda laves om til molekylære ledninger. Imidlertid, disse strukturer lider af nedsat elektrisk ledningsevne, som forhindrer dem i at blive brugt i forbrugerenheder. Nu, et hold forskere fra The Institute of Scientific and Industrial Research og Graduate School of Engineering Science ved Osaka University har udviklet en ny slags molekylær ledning lavet af oligothiophene-molekyler med periodiske drejninger, der kan føre elektrisk strøm med mindre modstand.

Molekylære ledninger er sammensat af flere nanometer-skala lange molekyler, der har skiftende enkelt- og dobbeltkemiske bindinger. orbitaler, som er tilstande, som elektroner kan optage omkring et atom eller molekyle, kan lokaliseres eller udvides i rummet. I dette tilfælde, pi-orbitalerne fra individuelle atomer overlapper hinanden og danner store "øer", som elektroner kan hoppe imellem. Fordi elektroner kan hoppe mest effektivt mellem niveauer, der er tæt på energi, udsving i polymerkæden kan skabe energibarrierer. "Mobiliteten af ​​afgifter, og dermed den samlede ledningsevne af den molekylære tråd, kan forbedres, hvis ladningsmobiliteten kan forbedres ved at undertrykke sådanne udsving, " siger førsteforfatter Yutaka Ie.

Overlapningen af ​​pi-orbitaler er meget følsom over for molekylets rotation. Tilstødende segmenter af molekylet, der er justeret i samme plan, danner ét stort hoppested. Ved bevidst at tilføje drejninger til kæden, molekylet er opdelt i nanometer-store steder, men fordi de er tæt på i energi, elektronerne kan let hoppe mellem dem. Dette blev opnået ved at indsætte en 3, 3'-dihexyl-2, 2'-bithiophenenhed efter hver strækning på 6 eller 8 oligothiophenenheder.

Teamet fandt ud af, at samlet set, at skabe mindre øer, der er tættere på energi, maksimerede ledningsevnen. De målte også, hvordan temperaturen påvirker ledningsevnen, og viste, at det faktisk var baseret på elektronhop. "Vores arbejde er anvendeligt til enkelt-molekyle ledninger, såvel som organisk elektronik generelt, " siger seniorforfatter Yoshikazu Tada. Denne forskning kan føre til forbedringer i ledningsevnen, der vil tillade nanotråde at blive inkorporeret i en bred vifte af elektronik, såsom tablets eller computere.