Молекулярная проводимость - Molecular conductance
Молекулярная проводимость (), или проводимость одного молекула, - физическая величина в молекулярная электроника. Молекулярная проводимость зависит от окружающих условий (например, pH, температура, давление), а также свойства измерительного прибора. Для прямого измерения этой величины было разработано множество экспериментальных методов, но теоретики и экспериментаторы все еще сталкиваются с множеством проблем.[1]
В последнее время был достигнут большой прогресс в разработке надежных методов измерения проводимости. Эти методы можно разделить на две категории: эксперименты с молекулярной пленкой, в которых измеряются группы из десятков молекул, и эксперименты по измерению одной молекулы.
Молекулярные пленочные эксперименты
Молекулярные пленочные эксперименты Обычно они состоят из размещения тонкого слоя молекул между двумя электродами, которые используются для измерения проводимости через слой. Двумя наиболее успешными реализациями этой концепции были основные электрод подход и в использовании наноэлектродов. В подходе с объемным электродом молекулярная пленка обычно иммобилизируется на одном электроде, и верхний электрод приводится в контакт с ним, что позволяет измерить ток в зависимости от приложенного напряжение смещения. Класс экспериментов с наноэлектродом в творческом использовании такого оборудования, как атомно-силовой микроскоп наконечники и проволока малого радиуса способны выполнять те же виды измерений тока в зависимости от приложенного смещения, но на гораздо меньшем количестве молекул по сравнению с массивным электродом. Например, наконечник атомно-силового микроскопа можно использовать в качестве верхнего электрода, и, учитывая наномасштабный радиус кривизны наконечника, количество измеряемых молекул резко сокращается. Трудности, с которыми столкнулись в этих экспериментах, связаны, главным образом, с такими тонкими слоями молекул, которые часто приводят к проблемам с коротким замыканием электродов.
Измерение одной молекулы
В последнее время, измерение одной молекулы Были разработаны эксперименты, позволяющие экспериментаторам лучше взглянуть на молекулярную проводимость. Они подпадают под категории сканирующего зонда, который включает в себя фиксированный электрод и методы механически сформированного соединения. Один пример эксперимента с механически сформированным переходом включает использование подвижного электрода для соприкосновения с поверхностью электрода, покрытой одним слоем молекул, а затем отрыва от нее. Когда электрод удаляется с поверхности, молекулы, которые были связаны между двумя электродами, начинают отделяться, пока в конечном итоге одна молекула не соединится. Геометрия на атомном уровне контакта наконечник-электрод влияет на проводимость и может изменяться от одного запуска эксперимента к другому, поэтому требуется подход гистограммы. Формирование стыка, в котором известна точная геометрия контакта, было одной из основных трудностей этого подхода.
Приложения
Важным первым шагом к цели создания электронных устройств на молекулярном уровне является способность измерять и контролировать электрический ток через отдельную молекулу. На основе ожидаемого продолжения Закон Мура, который, как ожидается, приведет к миниатюризации транзисторов на интегральных схемах в атомном масштабе в течение следующих 10-20 лет, эта цель проектирования схем на уровне одной молекулы, вероятно, получит широкое распространение во всей полупроводниковой промышленности.
Другие приложения сосредоточены на выводах, полученных в результате этих экспериментов в области переноса заряда, который является повторяющимся явлением во многих химических и биологических процессах. Такое понимание дает исследователям возможность считывать химическую информацию, хранящуюся в одной молекуле, в электронном виде, что затем может быть использовано в широком спектре химических и биосенсор Приложения.
Рекомендации
- ^ Чен Ф, Хихат Дж, Хуанг З., Ли Х, Тао, штат Нью-Джерси. 2007. Измерение проводимости одиночных молекул. Анну. Rev. Phys. Chem. 58:535-64