Команда во главе с Лэтой Венкэтараменом, преподавателем прикладной физики и химии в Разработке Колумбии и Ксавьере Рое, доценте химии (Искусства & Науки), опубликовала исследование сегодня по своей природе Нанотехнологии, которые являются первыми, чтобы восстанавливаемо продемонстрировать текущую блокаду – способность переключить устройство от изолирования до состояния проведения, где обвинение добавлено и удалило один электрон за один раз – использующий атомарно точные молекулярные группы при комнатной температуре.Бонни Чой, аспирант в группе Роя и автор co-лидерства работы, создала единственную группу геометрически заказанных атомов с неорганическим ядром, сделанным всего из 14 атомов – приводящий к диаметру приблизительно 0,5 миллимикронов – и поместила компоновщиков, которые телеграфировали ядро к двум золотым электродам, очень поскольку резистор спаян к двум металлическим электродам, чтобы сформировать макроскопическую электрическую схему (например, нить в лампочке).Исследователи использовали метод микроскопа туннелирования просмотра, который они вели, чтобы сделать соединения, включающие единственную группу связанный с двумя золотыми электродами, которые позволили им характеризовать ее электрический ответ, когда они изменили приложенное напряжение уклона. Техника позволяет им изготовлять и измерять тысячи перекрестков с восстанавливаемыми транспортными особенностями.
«Мы нашли, что эти группы могут выступить очень хорошо как комнатная температура наноразмерные диоды, электрический ответ которых мы можем скроить, изменив их химический состав», говорит Венкэтарамен. «Теоретически, единственный атом – наименьший предел, но устройства единственного атома не могут быть изготовлены и стабилизированы при комнатной температуре. С этими молекулярными группами мы имеем полный контроль над их структурой с атомной точностью и можем изменить элементный состав и структуру управляемым способом, чтобы выявить определенный электрический ответ».Много исследований использовали квантовые точки, чтобы оказать подобные влияния, но потому что точки намного больше и не однородны в размере, из-за природы их синтеза, результаты не были восстанавливаемы – не, каждое устройство, сделанное с квантовыми точками, вело себя тот же самый путь.
Команда Венкэтарамен-Роя работала с меньшими неорганическими молекулярными группами, которые были идентичны в форме и размере, таким образом, они знали точно – вниз к уровню атомов – что они измеряли.«Большинство других исследований создало устройства единственной молекулы, которые функционировали как одно-электронные транзисторы в четырех градусах Келвин, но для любого реального применения, эти устройства должны работать при комнатной температуре.
И наши делают», говорит Джакомо Ловат, постдокторский исследователь и автор co-лидерства статьи. «Мы построили транзистор молекулярного масштаба с многократными государствами и функциональностями, в которых мы управляем точной суммой обвинения, которое течет через. Это захватывающее, чтобы видеть, что простые химические изменения в молекуле, может иметь глубокое влияние на электронную структуру молекул, приводя к различным электрическим свойствам».
Команда оценила работу диода через отношение включения – выключения, которое является отношением между током, текущим через устройство, когда это включено и остаточный ток, все еще существующий в «от» государства. При комнатной температуре они наблюдали отношение включения – выключения приблизительно 600 в соединениях единственной группы, выше, чем какие-либо другие устройства единственной молекулы, измеренные до настоящего времени. Особенно интересный было то, что эти соединения характеризовались «последовательным» способом потока обвинения; каждый электрон, проезжающий транзитом через соединение группы, остановился на группе некоторое время.
Обычно, в соединениях маленькой молекулы, электроны, «выдвинутые» посредством соединения прикладным уклоном, делают прыжок непрерывно от одного электрода в другой, так, чтобы количество электронов на молекуле в каждый момент времени не было четко определено.«Мы говорим, что группа становится ‘заряженной’ с тех пор для кратковременного интервала, прежде чем перевозящий транзитом электрон спрыгнет в другой металлический электрод, это хранит одну дополнительную плату», говорит Рой. «Такой последовательный, или дискретный, способ проводимости происходит из-за специфической электронной структуры группы, которая ограничивает электроны в сильно локализованных орбиталях.
Эти орбитали также составляют наблюдаемую ‘текущую блокаду’ режим, когда низкое напряжение уклона применено к соединению группы. Ток спадает до очень маленькой стоимости в низком напряжении, поскольку у электронов в металлическом контакте нет достаточного количества энергии занять одни из орбиталей группы. Поскольку напряжение увеличено, первая группа, орбитальная, который становится энергично доступным, открывает жизнеспособный маршрут для электронов, которые могут теперь вскочить и от группы, приводящей к последовательной ‘зарядке’ и ‘освобождению’ событий. Блокада снята, и ток начинает течь через соединение».
Исследователи скроили группы, чтобы исследовать воздействие композиционного изменения на электрическом ответе групп и запланировать положиться на их начальное исследование. Они проектируют улучшенные системы группы с лучшими электрическими действиями (например, более высоким текущим отношением включения – выключения, различными доступными государствами), и увеличат число атомов в ядре группы, поддерживая атомную точность и однородность комплекса. Это увеличило бы число энергетических уровней, каждый соответствующий определенной электронной орбите, к которой они могут получить доступ с их окном напряжения.
Увеличение энергетических уровней повлияло бы на отношение включения – выключения устройства, возможно также уменьшив власть, необходимую для включения устройства, если больше энергетических уровней становится доступным для того, чтобы пройти через электроны при низких напряжениях уклона.«Большинство транспортных расследований единственной молекулы было выполнено на простых органических молекулах, потому что они легче работать с», отмечает Венкэтарамен. «Наше совместное усилие здесь через Инициативу Нано Колумбии соединяет химию и физику, позволяя нам экспериментировать с новыми комплексами, такими как эти молекулярные группы, которые могут не только быть более искусственно сложными, но также и более интересными как электрические детали».