Новости химической науки > Новый шаг к созданию молекулярной электроники

На пути к созданию устройств, работающих на принципе молекулярной электроники, стоит много препятствий, одно из которых заключается в сложности контроля параметров тока, протекающего по схеме, представляющей собой несколько молекул или даже отдельную молекулу.

Способ такого контроля удалось предложить Александру Шестопалову (Alexander Shestopalov), работающему в Университете Рочестера, работы которого значительно приблизили перспективы создания молекулярной электроники.

Как отмечает сам Шестопалов, до определенного момента исследователи не могли надежно направлять процесс переноса заряда от одной молекулы на другую, но именно такой перенос надо осуществлять в молекулярных устройствах, когда все компоненты электронной схемы сравнимы по размеру с отдельными молекулами.

Монослой органических молекул соединяет положительные и отрицательные электроды в молекулярном контакте органического светоизлучающего диода. (Рисунок из Advanced Materials Interfaces, 2014; 1 (2) DOI: 10.1002/admi.201470012)

Шестопалов с коллегами работал с органическим светоизлучающим диодом, который приводился в действие микроскопической электронной схемой, в которой ему удалось соединить положительный и отрицательный электроды тонким, мономолекулярным слоем органического вещества. Ранее опубликованные данные демонстрировали, что сложно контролировать движение тока от одного электрода к другому при наличии такого тонкого слоя молекул. Как поясняет Шестопалов, ключом к решению такой практической задачи послужило ведение второго, инертного слоя молекул.

Активный и инертный слои, которые исследователи ввели в систему, составлены из органических молекул. Фрагменты этих молекул, располагающиеся в условном верху слоя, ароматические и играют роль переносчика заряда, а фрагменты, располагающиеся в условном низу, представляют собой длинные алкильные цепи, которые, подобно аналогичным по строению карбоцепным полимерам, функционируют в качестве изолятора. Такое двуслойное строение системы позволяет организовать взаимодействие, благодаря которому электронные свойства компонентов определяются только верхним слоем системы.

Двойной слой также дал возможность Шестопалову возможность тонкого контроля переноса заряда. Изменение функциональных групп, связанных с ароматическими системами, влияет на электронные свойства π-системы бензольного кольца, что, в свою очередь, позволяет более точно влиять на скорость переноса заряда между электродами, поэтому для того, чтобы отрегулировать свойства молекулярного электронного устройства. Так, к примеру, для органического светоизлучающего диода необходим более быстрый перенос заряда для обеспечения строго специфической люминесценции, а для биомедицинского прибора, наоборот, в ряде случаев более предпочтительным вариантом был бы относительно медленный перенос заряда.

Несмотря на то, что группе Шестопалова удалось преодолеть одно существенное препятствие не пути к молекулярной электронике, путь еще только начат – до того, как двуслойные молекулярные электронные устройства заработают, необходимо решить задачу их долговечности – желательно создание систем, которые бы обеспечивали надежную устойчивую и воспроизводимую работу в широком интервале температур в течение многих лет.

Источник: Advanced Materials Interfaces, 2014; 1 (2) DOI: 10.1002/admi.201470012

метки статьи: #супрамолекулярная химия, #химия поверхности, #химия твердого тела, #электрохимия