1 Přehled
Rozvoj elektronických zařízení zredukoval počítač z několika domů na malé notebooky, které lze vložit do kapes, díky čemuž jsou počítače lidí Rozvoj je vysoce očekáván. Vysoký výkon a malý objem počítače závisí především na elektronickém zařízení, které jej tvoří. V posledních letech je vývoj nanomolekulárních zařízení velmi znepokojen a nanomolekulární zařízení má vysokou intenzivní výhodu. Jeden prst je opatřen krytem pro integraci jednoho milionu miliard molekulárních elektronických součástek, zdokonalená počítačová integrace pomáhá zvýšit provozní rychlost. Nanomolekulární zařízení mohou být také syntetizována ve velkém množství, což výrazně sníží výrobní náklady, a tím i konkurenční výhodu. Nanomolekulární zařízení se proto stávají důležitým směrem budoucího vývoje elektronických zařízení.
Koncepce molekulární elektroniky
Pojetí molekulární elektroniky je odlišné od organického mikrotranzistoru nebo elektroniky v předchozím období a přenosu a "tělesného" efektu v "tělesném" materiálu. Organická zařízení. Molekulární elektronika také označovaná jako "molekulární vnitřní elektronika", která se skládá z molekulární struktury kovalentní vazby, která je elektricky izolovaná od substrátu "těla", nebo molekulárních drátů a molekul, které se skládají z nadstrukturované molekuly a supermolekulární struktury úroveň nanometrů. Vypínač je připojen. Z hlediska procesu přípravy je pravděpodobnější, že molekulární elektronika vyprodukuje nižší náklady ve výši stovek milionů téměř kompletních ekvivalentních struktur na bázi nano-magnitudy než pevná nanoelektronická zařízení. Je to způsobeno především vznikem nanoobrábění a nanooperací, tedy mechanických syntéz a technik chemické syntézy nano-struktur. Mechanická syntéza má řídit molekulu pro řízení rastrovacího tunelového mikroskopu (STM), mikroskopu atomárních sil (AFM) a nových mikroelektromechanických systémů. Chemická syntéza zahrnuje chemický samouspořádací růst nanostruktur, vypůjčený z biochemické a molekulární genetiky a podobně. Metoda chemické syntézy může být kombinována do molekulárního elektronického zařízení v organické molekule.
Molekulární elektronické zařízení má konstruovat různé komponenty v elektronických obvodech, jako jsou molekulární dráty, molekulární spínače, molekulární dioda, tranzistory s efektem molekulárního pole, molekulární paměťová zařízení atd., měření a analýza molekulárních drátů, molekulární spínače, molekulární paměťová zařízení atd. Elektrické vlastnosti těchto složek v molekulárním měřítku. Jeho cílem je použít jedinou molekulu, supermolekulární nebo molekulární klastr místo pevných elektronických součástek, jako jsou polovodičové tranzistory na bázi křemíku, a dokonce i sestavené neporušené molekulární počítače.
2 materiál molekulárního elektronického zařízení
Organický elektromechanický materiál
To vede k molekulárnímu ořezávání organických sloučenin na molekulární krystaly v pevném stavu, kvůli žádnému proudu v molekulárních krystalech Sub electronics nebo díry) a molekulární rozestupy jsou velké (to jde těžko se stěhovat) a je často izolant. Aby byla organická pevná látka vodivá, je v krystalu nosič a průchod pro transport. Mechanismus těchto dvou stavů lze rozdělit do dvou hlavních kategorií. Jedním typem je polymerační molekula, která má společný výběr π systému, který je částečně oxidován nebo redukován za vzniku nesrovnatelného elektronu, čímž se tvoří vodič ve směru řetězce. Vodivost polyacetylenu při pokojové teplotě dosáhla 8 x 10 scm, což lze přirovnat k kovové mědi. Druhý je založen na molekulách donoru elektronů (D) a receptoru (A) tvořených kompozitními solemi pro přenos náboje. Obecně D a A alespoň Jedna část molekuly s plochým otřesem je uspořádána v krystalech. Když je molekulární rozteč kolony malá, aby se π stopa vzájemně překrývala a vytvořila pás (kanál), dochází k neúplnému přenosu náboje za vzniku pásu se smíšenou cenou. Dodávané nosiče mohou být vedeny ve směru sloupu.
Organické zabarvení světlem a elektrochromní materiál
Sloučenina je ve světle, jako je například obey, geometrická Fenomén strukturní, dimerizace, molekulární vnitřní protonové metastázy, rozbití vazby a přenos náboje, což vede k fotoloraci. Je možné vyvinout jako lehké zbarvení. Když je změna reverzibilní a oba stavy jsou dostatečně stabilní, je možné vyvinout optický spínač, optický záznamový prvek. Po zahřátém atomu se například vytvoří barevný zerogenní iont, vazba se přeruší a zahřívání nebo další vlna dlouhého světla se může vrátit do původního stavu. Elektrochromní materiál je Reverzibilní oxidační reakce probíhá pod vnějšími elektrickými poli. Při rozdílu mezi oxidačním stavem a redukčním protokolem o absorpci světla jsou ve viditelné optické zóně přítomny různé barvy. Například TTF ztrácí elektron s elektrickým polem, z redukce Stav přejde do oxidačního stavu a barva se změní ze žluté na modrofialovou. Kovová organická koordinační sloučenina obsahující D elektrony a dotované vodivé polymery lze také použít jako elektroslatické materiály.
Piezoelektrický, termoelektrický a feroelektrický materiál
as molecules of piezoelectric, thermoelectric and ferroelectric materials should also be polar or polarized molecules. External pressure, heating Next, the molecular orientation in the molecular crystal is rearranged, so that the vector dipole moment in a certain direction in the crystal is not equal to zero, thereby exhibiting piezoelectric, thermoelectric and ferroelectric properties in this direction. In addition to the small molecule, some low molecular weight polymerization The object also has piezoelectric, thermoelectric and ferroelectric properties. Typical is polyfluoride. Develop a switch, memory element, and is not easy to implement due to low switching speed, but its film is in signal transmission. And sensing is desirable to develop practical devices such as ultrasonic transmission, underwater transmission and full plastic motors.LCD materiál
Molekuly v kapalném stavu jsou obvykle neuspořádané. Některé sloučeniny však mají strukturu zarovnání podobnou krystalům v kapalném stavu, což je tekutý krystal. Molekuly tekutých krystalů jsou více než molekula ve tvaru tyče, která má samoskládací funkci a aromatický kruh. Tekutý krystal se používá hlavně jako elektrooptická vlastnost jako materiál elektronického displeje: v proudovém nebo elektrickém poli. Při působení indexu lomu, dielektrické konstanty a orientační elasticity indexu dochází v důsledku molekulární interakce ke změně barvy a shromažďují se barevné změny. Z tohoto smyslu patří tekutý krystal k materiálu elektrosa. Vysoká kapacita, široký záběr, vysoký kontrast, rychlá odezva, nízká spotřeba energie, nízké napětí měniče, vysoká spolehlivost a bohaté barvy jsou běžným požadavkem na materiály s tekutými krystaly pro elektronové displeje. Feroelektrický materiál tekutých krystalů je nejdůležitějším objektem ve výzkumu tekutých krystalů. Protože má rychlost odezvy v mikrosekundách a informace o velké kapacitě, funkci úložiště lze použít jako světelné úložiště, optický záznam a zobrazovací materiály.
3 klasifikace molekulárních elektronických zařízení
molekulární drát
V současné době lidé studují molekulární drátový systém Zaměřuje se především na následující 4 kategorie: lineární uhlovodíkové konjugované nízkopolymerní molekulární systémy, molekulární systémy porfyrinových oligomerů, systémy uhlíkových nanotrubiček a biomolekulární systémy DNA. Uhlíkové atomy jsou nejjednodušší uhlíkové vodíkové molekulární dráty. Všechny atomy uhlíku v drátu atomu uhlíku používají SP k hybridizaci, čímž mají alternující strukturu jednoduché trojné vazby. Gladysz a kol. Syntetizováno z 20 atomů uhlíku s liniemi atomů uhlíku koncové skupiny.
V posledních letech byly přijaty také uhlíkové nanotrubice v budoucím molekulárním elektronickém zařízení a potenciální aplikace v obvodu. Všeobecný zájem lidí. Může být viděn jako trubková struktura se spirálovým cyklem šestihranným grafitovým listem. Uhlíkové nanotrubice mají dobré elektrické vlastnosti a tuhé struktury. Je to ideální molekulární drát, který moduluje svou vodivost změnou velikosti průměru a úhlu natočení.
molekulární dioda
< P> As early as 1974 Aviram, the idea of molekulární dioda is proposed, which can be said that this is the origin of molecular electronics. They describe the molecular structure formed by the bridge bridge of the organic donor and receptor, which can display I-V rectifier characteristics similar to P-N feature. Model molecular structure of this molekulární dioda. The donor is a tetraviorene (TTF), and the receptor is 7,7,8,8-tolytanopanocyanobenzoquinone (TCNQ). The intermediate is three methylene bridges, the purpose is to make the molecules have a certain rigidity that is not easily deformed, so that the donor and receptor have a physical distance to avoid mutual charge transfer to form a charge transfer complex.Initially, the study of molekulární dioda is mainly focused on model molecular systems proposed in Aviram and Ratner. Due to the small dipole of the study, it has not made a big progress in the lack of effective experimental means. With the continuous development of langmuir-blodgett (lb) film, molecular self-assembly (SA) and scanning probe microscope (SPM), people have developed rapidly from the study of molecular devices, and the research on molekulární dioda is also from the original The Aviram and Ratner model molecular systems expand to other conjugated molecular systems. DHiraai et al. Used STM to study single-layer film in gold and silver, discovered that the rectification of molecules is also enhanced as the conjugate chain increases. Liu Yunxia, the Chemistry of the Chinese Academy of Sciences, synthesized a series of asymmetric phthalocyanine containing electron donors (-NH2) and electronic receptors (-NO2, -CN, etc.), assembled into LB films, and using STM technology to measure their IV curves confirmed that the single monthalocyanine molecule also has rectifier characteristics. Recently, Chicago University Yu Luping is synthesized with a type of new type of diode molecule, which consists of an electron-rich thiophene (C4S) and a deficient thiazole (C3NS) 2 part. They successfully put this molecules between the two gold electrodes by mercapto, and using the STM method to demonstrate that this rectification behavior is indeed derived from the self-characteristics of the molecule, rather than because the asymmetric coupled or molecular electrode of the molecule and the electrode. Interface factors caused by.
Molekulární spínač a molekulární paměťové zařízení
Spínač je základním ovládacím prvkem všech elektronických zařízení a je také důležitou součástí molekulárních paměťových a logických zařízení. Rotaxany a katenany jsou v současnosti studovány spíše molekulami ve dvojím ustáleném stavu. Kolo se skládá z jedné prstencové části a 1 tyčovité části a prstenec se může otáčet nebo posouvat ve směru tyče, přičemž dva konce tyče mají větší a větší mají větší odpor. . Pokud jsou na tyči zavedena dvě různá místa, když je kroužek ponechán na těchto dvou různých místech, odpovídá to dvěma různým stavům. Elektrochemické nebo chemickým prostředím indukované rancane molekuly již byly hlášeny. Půda se skládá ze 2 sad dohromady a mezi 2 prstenci může docházet k rotaci. Různá místa jsou zavedena do jednoho kruhu v pestinu, což může také představovat duální molekulární přepínač v ustáleném stavu.
Tranzistor s efektem molekulárního pole
Se zmenšením velikosti zařízení se podstatně zesílená jednotka stane triodovým tranzistorem na triodový monodison (SET). Princip fungování SET spočívá v tom, že kvantové tunelování je hlavně tunelovací efekt mezi kov-izolátor-kov. Když je bariéra kovové elektrody dostatečně úzká, elektron na Fermiho úrovni může být tunelován skrz izolační vrstvu za vzniku tunelového proudu.
Při vývoji rozsahu vlhkosti lidé zpočátku využívají uhlíkové nanotrubice (CNT), aby dosáhli průlomu a vytvořili trubici s efektem pole složenou z jedné uhlíkové nanotrubice. S rozvojem nanotechnologie lidé také vyrobili trubici s efektem pole složenou z jediné molekuly C60. Kromě CNT a C60 zaznamenalo v posledních letech velký pokrok také studium dalších materiálů. PARK a kol. Spojte komplexní molekulu 1 centrálního iontu jako CO, abyste vytvořili efekt pole mezi dvěma zlatými elektrodami. Experimentální výsledky ukazují, že jak se mění tlak hradla, proud může být výrazně regulován mezi zdrojem a odtokem; kromě toho křivka proud-napětí není konvenční hladká křivka, ale stupňovitá, představující nosný přenos. Kvantové charakteristiky. Robert a kol. Navrhl a navrhl nový koncept tranzistoru s efektem jednoho molekulárního pole, ve kterém je přenosové chování elektronů regulováno určitým jediným atomovým nábojem v blízkosti molekuly, změnou molekuly Stav nabití jednoho atomu může řídit vedení molekulárního proudu nebo odpojení. V minulosti, v minulosti, aby bylo možné změřit změnu molekulární vodivosti, muselo být provedeno za podmínky absolutní nuly a efekt pole této nové koncepce molekulárních tranzistorů lze pozorovat při pokojové teplotě; tato nová koncepce Dalším rysem tranzistoru s molekulárním polem je to, že pouze jeden elektron z atomu může realizovat vedení nebo odpojení molekuly, zatímco konvenční elektronka s efektem pole vyžaduje miliony elektronů k dosažení tohoto přepnutí.
Molekulární elektronické zařízení s kvantovým efektem
Představitelem kvantového efektorového elektronického zařízení je molekulární rezonanční tunelovací dioda, označovaná jako molekulární RTD. Má bariérovou strukturu a stejný pracovní princip podobný bariérě pevného RTD.
Molekulární RTD se skládá ze čtyř částí: (1) Emitor a kolektor hlavní molekuly molekulárního drátu RTD jsou složeny z polyfenylenového molekulárního řetězce. Tato aromatická organická molekula má konjugovanou π-elektronickou stopu. Jedna nebo více těchto dlouho vyplněných nebo částečně vyplněných n stop může poskytovat kanál. Když je na obou koncích molekuly zkreslení, elektronika se může pohybovat z jednoho konce molekuly na druhý konec. Odhaduje se, že každá sekunda může projít 2 * 10 elektrony za sekundu a tento molekulární drát je často označován jako molekulární drát Tour; (2) „ostrov“ nebo potenciální jamka složená z jediného tukového prstence má nižší energii. Velikost je přibližně 1 nanometr, což je menší než pevné měřítko sondy RTD; (3) tvoří dvě bariéry dvěma mastnými nehtovými moiony, které mají vložit dvě strany izolačních vlastností na "ostrovní" stranu, přičemž mezi levým a pravým molekulárním drátem jsou dvě bariéry pro molekulární RTD; ($) koncový vodič molekulárního elektronického zařízení, dva konce molekulárního zařízení se často lepí na zlatou (Au) elektrodu thiolem (-SH), jak je zaveden End, taková "krokosvorka" (-SH ) těsně připojený ke kovu (-SH) je známý jako jeho molekulární zařízení. Princip fungování molekulárního RTD je v zásadě stejný jako u pevného RTD. Když je elektron omezen na velmi úzkou potenciálovou jámu, jeho energie generuje kvantizační formaci a energetická hladina a emitor nejsou elektronicky naplněny uprostřed pasti. Energie molekulární oběžné dráhy není vyrovnána a nedochází k tunelování rezonance, zařízení není zapnuto. Když se přidá předpětí, střední hladina vrtu je vyrovnána s orbitální energií elektronické náplně a energetická hladina a prázdný energetický stav kolektoru jsou také zarovnány, dochází k efektu rezonančního tunelování a prochází tunelový proud. zařízení, RTD V zapnutém stavu.
Elektrický stroj Elektronické zařízení
Atomové relé
Atomové relé is similar to a molecular gate switch. In the atomic relay, a movable atom is not fixedly attached to the substrate, but is movable between the two electrodes, forward or backward. Two atomic conductors are connected to a relay with a movable switch atom. If the switch atom is located in place, the entire device can conduct electricity; if the switch atom is separated from the original position, the causing void suddenly reduces the current flowing through the atomic wire, so that the entire device becomes broken. The third atomic wire of the switching atom constitutes the gate of the atomic relay, placing a small negative charge on the gate wire, so that the switch atom is removed from its original