Neue molekulare Drähte für Einzelmolekül-Elektronikgeräte

Anonim

Wissenschaftler am Tokyo Institute of Technology entwickelten einen neuen Typ von molekularem Draht, der mit organometallischem Ruthenium dotiert ist, um eine noch nie dagewesen höhere Leitfähigkeit als frühere molekulare Drähte zu erreichen. Der Ursprung der hohen Leitfähigkeit in diesen Drähten unterscheidet sich grundlegend von ähnlichen molekularen Vorrichtungen und legt eine potentielle Strategie zur Entwicklung von hochleitfähigen "dotierten" molekularen Drähten nahe.

Seit ihrer Konzeption haben Forscher versucht, elektronische Geräte auf beispiellose Größen zu schrumpfen, sogar bis zu dem Punkt, sie aus wenigen Molekülen herzustellen. Molekulare Drähte gehören zu den Bausteinen solcher winzigen Apparate, und viele Forscher haben Strategien entwickelt, um hochleitfähige, stabile Drähte aus sorgfältig entworfenen Molekülen zu synthetisieren.

Ein Team von Forschern vom Tokyo Institute of Technology, darunter Yuya Tanaka, entwarf einen neuartigen molekularen Draht in Form einer Metall-Elektrode-Molekül-Metall-Elektroden- (MMM) -Verbindung, die ein Polyin, ein organisches kettenartiges Molekül, "dotiert" eine Ruthenium-basierte Einheit Ru (dppe) 2. Das vorgeschlagene Design, das im Titelblatt des Journals der American Chemical Society enthalten ist, basiert auf dem Engineering der Energieniveaus der leitenden Orbitale der Atome des Drahtes unter Berücksichtigung der Eigenschaften von Goldelektroden.

Unter Verwendung der Rastertunnelmikroskopie bestätigte das Team, dass die Leitfähigkeit dieser molekularen Drähte gleich oder höher war als die der zuvor berichteten organischen molekularen Drähte, einschließlich ähnlicher Drähte, die mit Eiseneinheiten "dotiert" waren. Motiviert von diesen Ergebnissen untersuchten die Forscher dann den Ursprung der überlegenen Leitfähigkeit des vorgeschlagenen Drahtes. Sie fanden heraus, dass die beobachteten leitenden Eigenschaften sich grundlegend von zuvor berichteten ähnlichen MMM-Übergängen unterschieden und aus der Orbitalteilung abgeleitet wurden. Mit anderen Worten, die Orbitalteilung induziert Änderungen in den ursprünglichen Elektronenorbitalen der Atome, um ein neues "Hybrid" -Orbital zu definieren, das den Elektronentransfer zwischen den Metallelektroden und den Drahtmolekülen erleichtert. Laut Tanaka "wurde solch ein orbitales Aufspaltungsverhalten selten für irgendeinen anderen MMM-Übergang berichtet."

Da eine enge Lücke zwischen den höchsten (HOMO) und niedrigsten (LUMO) besetzten Molekülorbitalen ein entscheidender Faktor für die Erhöhung der Leitfähigkeit molekularer Drähte ist, verwendet das vorgeschlagene Syntheseprotokoll eine neue Technik, um dieses Wissen zu nutzen, wie Tanaka hinzufügt: "Die vorliegende Studie zeigt eine neue Strategie, um molekulare Drähte mit einer extrem engen HOMO-LUMO-Lücke durch MMM-Übergangsbildung zu realisieren. "

Diese Erklärung für die grundlegend unterschiedlichen leitenden Eigenschaften der vorgeschlagenen Drähte ermöglicht die strategische Entwicklung neuartiger molekularer Komponenten, die die Bausteine ​​zukünftiger winziger elektronischer Bauelemente sein könnten.

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