Resonant tunnelanordning baserad på en enda molekyl:initialt från noll, strömmen ökar med spänningen. Dock, för högre spänningar, strömmen minskar och visar därmed negativt differentialmotstånd. Den beräknade röda linjen stämmer väl överens med uppgifterna. Kredit:Fundamental Research on Matter (FOM)
Forskare från Delfts tekniska universitet, Groningen University och FOM Foundation har designat en enda molekyl som kan fungera som en användbar byggsten i nanometerstora kretsar. De fann att molekylen fungerar som en resonanstunnelanordning, en viktig komponent i mobiltelefoner och WiFi. I konventionell halvledarteknik, dessa enheter har en komplicerad design som består av flera lager av olika material. Detta är första gången som en sådan anordning har realiserats i minsta tänkbara skala, vilket ger ett intressant alternativ inom den konventionella industrins fortsatta nedskalning av elektroniska komponenter. Resultaten publiceras online denna vecka i Naturens nanoteknik .
Molekylär elektronik
Molekyler har en typisk storlek på några nanometer, vilket gör dem till den yttersta gränsen för att minska dagens elektroniska komponenter, såsom dioder, transistorer, och så kallade resonanstunnelanordningar. Radiofrekvenselektronik, som till exempel används i mobiltelefoner och WiFi, förlita sig på användningen av resonanstunnelanordningar. Dessa enheter uppvisar negativ differentialkonduktans, vilket innebär att en ökning av spänningen över enheten resulterar i en minska i elektrisk ström genom den. Denna effekt kan användas för att förstärka elektriska signaler.
Dragande
Den negativa differentialkonduktansen uppmätt i den enda molekylen som forskarteamen i Delft och Groningen betraktade, var mycket framträdande och avstämbar genom att mekaniskt manipulera molekylen. Graden av böjning av molekylen kan varieras genom att dra i den genom att justera avståndet mellan elektroderna som molekylen är fäst vid (se GIF-fil).
Designregler
Infångningen av en molekyl mellan två guldelektroder:När man samtidigt mäter strömmen genom molekylen, negativt differentialmotstånd uppträder. Molekylstrukturen beräknas i varje steg utifrån krafterna mellan atomerna.
Från dessa observationer härleddes nya designregler för att implementera komplexa elektroniska funktionaliteter i enstaka molekyler. Som ett resultat, forskarna kunde demonstrera den minsta kända resonanstunnelanordningen med en uttalad negativ differentialkonduktans. Dessutom, resultaten banar väg för designen av en effektiv enmolekylär likriktare (som omvandlar AC till DC). Den kan byggas utifrån samma resonanstunnlingsprincip.
Denna forskning utfördes med ekonomiskt stöd från FOM Foundation, NWO/OCW, och det europeiska ramprogrammet för sjunde ramprogrammet.
