(a) Molekylstruktur för COPV6 (SH) 2 molekyl. (b) Ovanifrån och tvärsnittsvyer av en ELGP nanogapelektrod. (c) Olika sätt på vilka molekylen binder till nanogapet. Den termiskt stabila anordningen erhålls när den första bindningstypen (SAuSH) inträffar. Kreditera: ACS OMEGA
Forskare vid Tokyo Institute of Technology skapade de första termiskt stabila organiska molekylära nanotrådsenheterna med en enda 4,5 nm lång molekyl placerad inuti elektrolösa guldpläterade nanogapelektroder.
De traditionella metoderna och materialen som används för tillverkning av moderna integrerade kretsar är nära att nå (eller har troligen redan nått) deras yttersta fysiska begränsningar när det gäller slutproduktens storlek. Med andra ord, ytterligare miniatyrisering av elektroniska enheter är nästan omöjligt utan att fördjupa sig i andra typer av material och teknik, såsom organiska molekylära elektroniska enheter. Dock, denna klass av anordningar fungerar i allmänhet korrekt endast vid extremt låga temperaturer på grund av termiska fluktuationer av både de organiska molekylerna och metallelektroderna.
Medan speciell elektrolös, guldpläterade nanogapelektroder, kallas ELGP -elektroder, har visat exceptionell termisk stabilitet i sitt gap, nya klasser av molekyltrådar måste utvecklas för att hantera frågor om miniatyrisering och värmeavledning. På grund av detta, ett team av forskare, inklusive professor Yutaka Majima från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), fokuserad på en 4,5 nm lång molekyl som kallas disulfanylkolbryggad oligo- (fenylenevinylen), eller COPV6 (SH) 2 för korta.
Denna molekyl, visas i fig. 1 (a), har en stel, stavliknande pi-konjugerat system, som är elektroniskt och rumsligt isolerad från dess omgivning med fyra 4-oktylfenylgrupper. Molekylen har två sulfhydrylterminaler, som kanske binder kemiskt med de motsatta guldytorna på en ELGP -nanogap, visas i fig. 1 (b). Intressant, fann forskargruppen att när COPV6 (SH) 2 molekyl binder till guldytor på ett specifikt sätt, kallad SAuSH, som visas i fig. 1 (c), den resulterande anordningen visar det karaktäristiska beteendet hos koherenta resonanta elektrontunnelanordningar, som har en rad potentiella tillämpningar inom elektronik och nanotekniska områden.
Viktigast, den resulterande enheten var termiskt stabil, visar liknande ström mot spänningskurvor både vid 9 och 300 K. Detta hade inte uppnåtts innan man använde flexibla organiska molekyltrådar. Dock, som visas i fig. 1 (c), det finns flera sätt på vilka COPV6 (SH) 2 molekyl kan binda vid ELGP -nanogapet, och teamet har för närvarande inget sätt att kontrollera vilken typ av enhet de kommer att få.
Trots att, de mätte de elektriska egenskaperna hos de apparater de fick för att i detalj förklara de underliggande kvantmekanismerna som bestämmer deras beteende. Dessutom, de verifierade sina fynd med teoretiskt härledda värden och, genom att göra det här, de förstärkte ytterligare sina kunskaper om driftsprincipen för SAuSH -enheten och andra möjliga konfigurationer.
Nästa utmaning är att få ett bättre utbyte av SAuSH -enheten, eftersom deras avkastning var mindre än 1 procent. Teamet tror att molekylens styvhet och höga molekylvikt, liksom stabiliteten hos ELGP -elektroder, skulle vara ansvarig för den resulterande anordningens höga stabilitet och dess låga utbyte. Med tanke på de många möjliga variationerna av COPVn -klassen av molekyler och de olika ELGP -nanogap -konfigurationerna, avkastningsproblemet kan lösas genom justeringar i metoderna och egenskaperna hos de använda molekylerna och luckorna. Data som rapporteras i detta arbete kommer att utgöra en grund för framtida molekylär elektronisk forskning.
