 Исследователи Колумбийском инженерии разработали новую технику, чтобы создать диод с одной молекулой и, тем самым, они разработали молекулярные диоды, которые работают в 50 раз лучше, чем все предыдущие конструкций. Они стали первыми учеными, разработавшими диод с одной молекулой, который может иметь реальные технологические приложения для наноразмерных устройств.
Их новый подход позволил создать диод в одной молекуле, имеющей высокое (> 250) выпрямление и высокий ток «включения» (~ 0,1 мкА). Построение устройства, где активные элементы являются только одной молекулой уже давно были мучающей мечтой в области нанонауки.
По мере того, как электронные устройства становятся все меньше с каждым днем, поле молекулярной электроники становится все более решающем в решении проблемы дальнейшей миниатюризации, и одиночные молекулы представляют собой предел миниатюризации. Идея создания диода с одной молекулой была предложена Арье Авирамом и Марком Ратнером, которые предположили в 1974 году, что молекула может выступать в качестве выпрямителя, одностороннего проводника электрического тока. Исследователи с тех пор исследуют свойства переноса заряда молекул. Они показали, что одиночные молекулы, прикрепленные к металлическим электродам (одиночных молекул развязок) могут быть сделаны, чтобы выступать в качестве различных элементов схемы, в том числе резисторов, переключателей, транзисторов и диодов. Они узнали, что можно увидеть квантово-механические эффекты, такие как помехи, проявляемые в свойствах проводимости молекулярных соединений.
Так как диод действует как клапан электроэнергии, его структура должна быть асимметричной, чтобы ток, текущий в одном направлении, испытывал другую среду, чем ток, текущий в противоположном направлении. С целью разработки диода с одной молекулой, исследователи просто создали молекулы, которые имеют асимметричные структуры.
В то время как асимметричным молекулам действительно присущи некоторые свойства диодов, они не являются эффективными. Хорошо продуманный диод должен позволять току двигаться только в одном направлении, и он должен позволить перемещать много тока в этом направлении. Асимметричные молекулярные конструкции, как правило, страдают от очень низкого расхода тока в направлениях «включено» и «выключено», и поток тока в двух направлениях, как правило, был низким. В идеале, отношение выпрямления тока должно быть очень высоким.
Для того, чтобы преодолеть проблемы, связанные с асимметричным молекулярным дизайном, исследователи сосредоточились на разработке асимметрии в среде вокруг молекулярного узла. Они создали асимметрию через довольно простой метод - они окружили активную молекулу с ионным раствором и использовали золотые металлические электроды различных размеров, чтобы связать молекулу.
Их результаты позволили достигнуть высоких коэффициентов ректификации - в 50 раз выше, чем в предыдущих проектах. И, поскольку эта новая технология может быть так легко реализована, она может быть применена ко всем наноразмерным устройствам всех типов, в том числе тех, которые изготовлены с графеновыми электродами.
Масштаб длины настолько мал, что квантово-механические эффекты становятся абсолютно важнейшим аспектом устройства. Исследователи в настоящее время работают над пониманием фундаментальной физики, стоящей за их открытием, и пытаются увеличить соотношение ректификации, наблюдаемое ими, с использованием новых молекулярных систем.
|
