Schematisk illustration av enstaka molekylövergångar som består av staplar av aromatiska molekyler i en självmonterad bur och motsvarande elektroniska komponenter i förbindelserna. Den sammansatta buren är inklämd av två Au-elektroder. Tom bur (a), homo-stackar och hetero-stackade par (c) utvecklar funktioner av motstånd, tråd och diod, respektive.
Att effektivt kunna ställa in elektrontransportegenskaperna hos en enskild molekyl har varit en långvarig fråga mot kristalliseringen av molekylär elektronik, där enskilda molekyler efterliknar beteendet hos vanliga elektroniska komponenter som ett sant alternativ till konventionella kiselenheter. För att funktionalisera elektrontransportegenskaper, varje enskild molekyl måste vara exakt inriktad på plats med sub-nanometer precision. I det avseendet, staplar av självmonterade aromatiska komponenter där icke-kovalent bundna π-staplar fungerar som utbytbara modulära komponenter är lovande byggstenar.
Här beskriver vi elektrontransportegenskaperna hos aromatiska stackar i linje i en självmonterad bur, med användning av ett scanning tunneling microscope (STM) baserad break-junction-metod. Både identiska och olika modulära aromatiska par är icke-kovalent bundna och staplade i den molekylära ställningen, vilket leder till en mängd fascinerande elektroniska funktioner. Den tomma buren har en låg elektronisk konduktans (10 –5 G 0 ) karakteristisk för resistorer (Figur a) medan införandet av identiska molekylpar resulterar i en markant konduktansökning (10) –3 –10 –2 G 0 , G 0 =2e 2 /h) efterlikna beteendet hos elektroniska ledningar (Figur b). Tvärtom, när olika molekylpar sätts in i ställningen, elektronisk rättelse (rättelseförhållande 2 –10 ) karakteristiska för en diod kan observeras (Figur c).
Teoretiska beräkningar visar att detta korrigeringsbeteende härrör från den olika staplingsordningen för de inre aromatiska komponenterna med avseende på elektrontransportens riktning, och motsvarande lägsta lediga molekylära orbitala ledningskanaler lokaliserade på ena sidan av molekylövergångarna.
Denna studie banar väg för utvecklingen av molekylära elektroniska enheter med inställbara elektroniska funktioner.
