Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä

IMDEA Nanociencian ja Oxfordin yliopiston tutkijat ovat mitanneet porfyriininanonauhan johtavuuden ja saavuttaneet poikkeukselliset johtavuusominaisuudet – lähes täydellisen johtavuuden – kun molekyylienergiataso on resonanssissa elektrodin Fermi-tason kanssa.

Pitkien molekyylijohtojen etsiminen, jotka voivat kuljettaa varausta tehokkaasti, ohjaa molekyylielektroniikan alaa. Ongelmana on kuitenkin alusta asti ollut, että molekyylilankojen johtavuus tyypillisesti heikkenee merkittävästi niiden pituuden myötä. Syynä tähän on usein voimakas epäsuhta kuljettavien molekyyliratojen energian ja elektrodin Fermi-tason välillä (metallin korkein elektroninen tila, jossa elektronien kuljetus tapahtuu).

Ballistinen elektronien kuljetus tunnetaan metallisissa hiilinanoputkissa ja sellaista on esitetty myös erittäin pienille molekyyleille.

Nyt tämä onkin ensimmäinen kerta, kun ballistista johtavuutta on havaittu vähän esijännitetyissä pitkissä (> 7 nm) atomisen tarkoissa molekyyleissä, joiden tunnetut atomikontaktit yhdistävät johdon elektrodeihin.

Tämä on todellinen virstanpylväs alalle hehkuttavat tutkijat.

Tulokset osoittavat, kuinka molekyylit voivat käyttäytyä metalliketjujen tavoin ja johtaa sähköä teoreettisella rajalla, mikä avaa jännittävän mahdollisuuden siirtyä yli 10 nm:n yksimolekyylisissä johtavuuskokeissa.

Columbia Engineeringin tutkijat raportoivat puolestaan, että he ovat rakentaneet erittäin johtavia, viritettäviä yksimolekyylisiä rakenteita, joissa molekyyli on kiinnitetty johteisiin käyttämällä suoria metallista metalliin kontakteja.

Heidän uusi lähestymistapansa käyttää valoa ohjaamaan rakenteiden elektronisia ominaisuuksia ja avaa oven laajemmalle metalli-metalli kontaktien käytölle, mikä voisi helpottaa elektronien kuljetusta yksimolekyylisen laiterakenteen läpi.

"Tällä työllä avasimme uuden ulottuvuuden molekyylielektroniikassa, jossa valoa voidaan käyttää ohjaamaan molekyylin sitoutumista kahden metallielektrodin väliseen aukkoon", sanoo molekyylielektroniikan pioneeri Latha Venkataraman.

"Se on kuin kytkimen kääntämistä nanomittakaavassa, mikä avaa kaikenlaisia mahdollisuuksia älykkäämpien ja tehokkaampienelektronisten komponenttien suunnitteluun."

Aiheesta aiemmin:

Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin

Molekyylielektroniikan toimintoja kvantti-interferenssillä

Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi