Мономолекулярный выпрямитель – одна органическая молекула, работающая в качестве выпрямителя (одностороннего проводника) электрического тока. Идею впервые предложили в 1974 году Ари Авирам, позднее – сотрудник компании «IBM», и Марк Ратнер, позднее – сотрудник Нью-Йоркского университета. Их публикация стала первым серьезным и конкретным теоретическим проектом в новой отрасли молекулярной электроники.

Основываясь на эффекте мезомерии определенных химических соединений органических молекул, молекулярный выпрямитель был построен за счет имитации p-n-перехода при помощи химических соединений.

Предложенная ими выпрямляющая молекула была разработана так, что электрическая проводимость внутри предпочтительна от энергоизбыточной частицы или молекулы (донор электрона) к бедной электронами молекуле (акцептор электрона), но менее предпочтительна (с разницей в несколько эВ) в обратном направлении.

Исследования

Многие потенциальные выпрямляющие молекулы были изучены группами ученых во главе с Робертом Метцгером, Чарльзом Панетто и Даниэлем Матерном (Миссисипский университет) в 1981-1991 годах, но успешно проведенных испытаний на электропроводимость не было.

Этот проект был подтвержден в двух документах 1990 и 1993 годов группами ученых во главе с Джоном Сэмблзом (Эксетерский университет, Великобритания) и Джоффри Эшвеллом (сейчас – сотрудник Университета Кранфилда, тогда – сотрудник Ланкастерского университета, Великобритания), с помощью монослоя гексадецихинолина трицианохинодиметанида, сжатого между электродами из разных металлов (магния и платины). Позднее последовало подтверждение еще в трех документах 1997 и 2001 годов со стороны Метцгера (сейчас работает в Алабамском университете) и его сотрудников, использовавших те же самые металлы (сначала – алюминий, а затем – золото).

Согласно этим документам, использовались монослои Лонгмюра-Блоджетт (толщиной в одну молекулу) с выстроенными параллельно молекулами в количестве 1014-1015 штук. В 1997-2006 годах группой Метцегра были изобретены около 9 выпрямителей с совершенно разной структурой. Несколько больше органических выпрямителей на основе перилена с молекулами полиэтиленгликоля на раздвоенных концах было синтезирвоано в лаборатории Маттерна Рамакришной Самудралой. Эти выпрямители позволят измерять выпрямление с большей гибкостью.

Отдельные молекулы, ковалентно связанные с золотом, были изучены посредством сканирующей туннельной микроскопии. Некоторые из них являются мономолекулярными выпрямителями, изучаемыми как отдельные молекулы, продемонстрированные группами Люпина Ю (Чикагский университет) и Джоффри Эшвелла (Ланкастерский университет, Великобритания).

Цели

Главной идеей молекулярной электроники является то, что правильно собранные «электроактивные» молекулы длиной от 1 до 3 нм, могут вытеснить устройства на основе кремния с целью уменьшения размеров компонентов схем, предоставив сопутствующий рост максимального быстродействия интегральных схем. Однако, по состоянию на 2012 год, усиление не произошло, а химические взаимодействия между металлическими электродами и молекулами остаются запутанными.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ