Ученым удалось добиться настройки диодов и выпрямителей на молекулярном уровне
 Схематическое изображение предложенного молекулярного выпрямителя. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
С тех пор, как в 1974 году были предложены первые молекулярные выпрямители, такое направление, как молекулярная электроника, развивалась стремительными темпами. Предложенные тогда компоненты работали, благодаря донор-сигма-акцептор-молекулам, симметрично связанными с двумя металлическими электродами. Такие донорно-акцепторные диоды, как известно, очень чувствительны к тому, как молекулярные энергетические уровни выровнены друг по отношению к другу, а также по отношению к любым соединительным электродам. Это чрезвычайно затрудняет контроль подобных компонент. Что еще более важно, необходим так называемый сигма-мост, чтобы эти устройства действительно работали, как выпрямители. Сигма-мост добавляет большой туннельный барьер в структуру устройства, который создает очень большое сопротивление. Конечным результатом является то, что большинство функциональных диодов из отдельных молекул, доступных на сегодняшний день, имеют сопротивление более 10 МОм, т.е. не могут применяться в электронных устройствах на практике.
В последние несколько лет многие научные группы были заняты поиском альтернативной конструкции молекулярного диода, однако большая часть этих работ привела к созданию многомолекулярных устройств. Такие устройства содержат ассиметрично соединенный переход, который не имеет строго определенной геометрии и не отличается высокой проводимостью. Более того, подобные устройства работают при относительно высоких напряжениях смещения (более 1В), что делает их особенно нестабильными при комнатной температуре.
Группа ученых с кафедры прикладной физики и математики из Columbia University (США) предложила возможное решение этой проблемы. В своей последней работе исследователи предложили использовать электронные свойства молекулярных переходов в хорошо проводящих ковалентных золото-углеродных связях. По словам исследователей, использованное ими новое семейство молекулярных диодов имеет высокую электрическую проводимость. Но самое главное, что поведение этих устройств может просто и эффективно настраиваться, в зависимости от потребностей экспериментаторов.
Предложенный учеными молекулярный переход состоит из молекулярной цепи, подключенной к одному золотому электроду с помощью донорно-акцепторной связи, а ко второму золотому электроду – с помощью ковалентной золото-углеродной связи. В данном случае ковалентная связь выполняет роль электронного шлюза между металлическим электродом и молекулярной цепью, т.е., фактически, несет ответственность за свойства данной системы.
В рамках работы на базе своих теоретических предсказаний исследователи разработали серию из трех устройств с разными характеристиками, базовая конструкция которых совпадает. Главное различие заключается в так называемой электронной прозрачности донорно-акцепторной связи в каждом отдельном случае. Как показали исследователи, эта характеристика поддается настройке, таким образом, настраиваются и свойства всего компонента.
Как считают исследователи, их работа – это новый шаг на пути к рациональному проектированию молекулярных электронных систем в будущем. Теперь команда занята поиском способов улучшения выпрямительных характеристик в своих устройствах, а также вариантов создания переходов, которые были бы более стабильны при высоких рабочих напряжениях.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Изобретен «электрический клей», облегчающий соединение электродов с полимерами
- С помощью нанопленки из никеля можно защитить анод фотоэлектрохимической ячейки
- Трехмерные наноструктурированные композиты позволяют создавать отличные аноды
- Ученые создали из двумерного аналога графена инновационный электрод
- Металлические нанопровода позволят создавать гибкие прозрачные электроды
Источники: