Molekyylielektroniikkalaite

1 Yleiskatsaus

Elektronisten laitteiden kehitys on vähentänyt tietokoneen useista taloista pieniksi taskuihin ladattaviin muistikirjoihin, mikä tekee ihmisten tietokoneista Kehitystä on odotettu. Tietokoneen korkea suorituskyky ja pieni tilavuus riippuvat pääasiassa sen muodostavasta elektronisesta laitteesta. Viime vuosina nanomolekyylilaitteiden kehitys on ollut suurta huolta, ja nanomolekyylilaitteilla on suuri intensiivinen etu. Yhdellä sormella voidaan integroida miljoona miljardia molekyylielektroniikkakomponenttia, ja tietokoneintegraation parantaminen auttaa lisäämään toimintanopeutta. Nanomolekyylilaitteita voidaan myös syntetisoida suuria määriä, mikä vähentää merkittävästi tuotantokustannuksia ja siten lisää kilpailuetua. Siksi nanomolekyylilaitteista on tulossa tärkeä suunta tulevaisuuden elektroniikkalaitteiden kehitykselle.

Molekyylielektroniikan käsite

Molekyylielektroniikan käsite eroaa edellisen ajanjakson orgaanisesta mikrotransistorista tai elektroniikasta ja "runko"-materiaalissa olevasta siirto- ja "body"-ilmiöstä. Orgaaniset laitteet. Molekyylielektroniikkaa kutsutaan myös "molekyylin sisäiseksi elektroniikaksi", joka koostuu kovalenttisesta sidosmolekyylirakenteesta, joka on sähköisesti eristetty "runko"-substraatista, tai molekyylilangoista ja molekyyleistä, jotka koostuvat superstrukturoidusta molekyylistä ja supermolekyylirakenteesta. nanometrin taso. Kytkin on kytketty. Valmistusprosessin näkökulmasta molekyylielektroniikka tuottaa todennäköisemmin vähemmän kustannuksia satojen miljoonien lähes täydellisten ekvivalenttien nanomagnitudipohjaisten rakenteiden kuin kiinteät nanoelektroniset laitteet. Tämä johtuu pääasiassa nanokoneistuksen ja nanooperaation, eli nanosuuruusrakenteiden mekaanisen synteesin ja kemiallisen synteesitekniikan, syntymisestä. Mekaanisen synteesin tarkoituksena on ohjata molekyyliä pyyhkäisytunnelimikroskoopin (STM), atomivoimamikroskoopin (AFM) ja uusien mikroelektromekaanisten järjestelmien ohjaamiseen. Kemiallinen synteesi sisältää biokemiallisesta ja molekyyligenetiikasta lainattujen nanorakenteiden kemiallisen itsekokoamisen ja vastaavia. Kemiallinen synteesimenetelmä voidaan yhdistää molekyylielektroniikkalaitteeksi orgaanisessa molekyylissä.

Molekyylielektroniikkalaitteen tarkoituksena on rakentaa erilaisia ​​komponentteja elektroniikkapiireihin, kuten molekyylijohtoja, molekyylikytkimiä, molekyylidiodeja, molekyylikenttätransistoreja, molekyylimuistilaitteita jne., mittaamaan ja analysoimaan molekyylijohtoja, molekyylikytkimiä, molekyylimuistilaitteita jne. Näiden molekyyliskaalan komponenttien sähköiset ominaisuudet. Sen tavoitteena on käyttää yhtä molekyyliä, super-molekyyli- tai molekyyliklusteria kiinteiden elektronisten komponenttien, kuten piipohjaisten puolijohdetransistoreiden, ja jopa koottujen ehjien molekyylitietokoneiden sijaan.

2 molekyylielektroniikkalaitteen materiaalia

Orgaaninen sähkömekaaninen materiaali

Se edistää orgaanisten yhdisteiden molekyylien leikkaamista molekyylikiteiksi kiinteässä tilassa, koska molekyylikiteissä ei ole virtaa Subelektroniikka tai reikiä) ja molekyylivälit ovat suuria (se on vaikea liikkua) ja on usein eriste. Orgaanisen kiinteän aineen tekemiseksi johtavaksi kiteessä on kantoaine ja kulkutie kuljetettavaa kuljetusta varten. Näiden kahden ehdon mekanismi voidaan jakaa kahteen pääluokkaan. Eräs tyyppi on polymerointimolekyyli, jolla on yhteinen valinta π-järjestelmästä, joka osittain hapetetaan tai pelkistetään tuottamaan vertaansa vailla oleva elektroni muodostaen siten johtimen ketjun suunnassa. Polyasetyleenin huonelämpötilan johtavuus on saavuttanut 8 x 10scm, jota voidaan verrata metallikupariin. Toinen perustuu elektronin luovuttaja (D) ja reseptori (A) molekyyleihin, jotka muodostuvat varauksensiirtokomposiittisuoloista. Yleistä D ja A ainakin Tasaisesti ravistetussa molekyylissä on yksi osa, ja nämä kaksi on järjestetty kiteisiin. Kun pylvään molekyyliväli on pieni, jotta π-radat menevät päällekkäin toistensa kanssa muodostaen kaistan (kanavan), tapahtuu epätäydellinen varauksen siirto sekahintaisen hihnan muodostamiseksi. Mukana toimitetut kantimet voidaan kuljettaa kolonnin suunnassa.

Orgaaninen valoväri ja sähkökromaattinen materiaali

Yhdiste on valossa, kuten tottele, geometrinen Ilmiö rakenteesta, dimerisaatiosta, molekyylin sisäisten protonien etäpesäkkeistä, sidoksen katkeamisesta ja varauksen siirrosta, mikä johtaa fotoloraatioon. Se on mahdollista kehittyä vaaleana värjäytymänä. Kun vaihtelu on palautuvaa ja kaksi tilaa riittävän stabiileja, on mahdollista kehittää optinen kytkin, optinen tallennuselementti. Esimerkiksi värillinen nollageeninen ioni syntyy kuumennusatomin jälkeen, sidos katkeaa ja kuumennus tai muu pitkän valon aalto voidaan palauttaa alkuperäiseen tilaan. Sähkökrominen materiaali on Reversiibeli hapetusreaktio tapahtuu ulkoisten sähkökenttien alla. Kun ero hapetustilan ja pelkistysprotokollan välillä valon absorptiossa, näkyvällä optisella alueella on erilaisia ​​värejä. Esimerkiksi TTF menettää elektronin, jolla on sähkökenttä, pelkistymisestä Tila vaihtuu hapetustilaan ja väri muuttuu keltaisesta siniseksi purppuraiseksi. Metalli-orgaanista koordinaatioyhdistettä, joka sisältää D-elektroneja ja seostettuja johtavia polymeerejä, voidaan käyttää myös sähköplastisina materiaaleina.

Pietsosähköinen, termosähköinen ja ferrosähköinen materiaali

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 materiaali

Yleensä nestemäisessä tilassa olevat molekyylit ovat epäsäännöllisiä. Joillakin yhdisteillä on kuitenkin kohdistusrakenne, joka on samanlainen kuin nestemäisessä tilassa olevien kiteiden, jotka ovat nestekidettä. Nestekidemolekyylit ovat enemmän kuin sauvan muotoisia molekyylejä, joilla on itsekokoonpanotoiminto ja aromaattinen rengas. Nestekidettä käytetään pääasiassa sähköoptisena ominaisuutena elektronisena näyttömateriaalina: virta- tai sähkökentässä. Vaikutuksen, taitekertoimen, dielektrisyysvakion ja indeksin orientatiivisen kimmoisuuden vaikutuksesta värinmuutos tapahtuu molekyylien vuorovaikutuksen seurauksena ja värimuutokset kerätään. Tästä mielessä nestekide kuuluu sähkömateriaaliin. Suuri kapasiteetti, laaja näkymä, suuri kontrasti, nopea vaste, alhainen energiankulutus, alhainen käyttöjännite, korkea luotettavuus ja rikkaat värit ovat yleinen vaatimus elektroninäytön nestekidemateriaaleille. Ferrosähköinen nestekidemateriaali on nestekidetutkimuksen tärkein kohde. Koska sillä on mikrosekunnin vastenopeus ja suuri kapasiteettitieto, tallennustoimintoa voidaan käyttää valon tallennus-, optisen tallennus- ja näyttömateriaalina.

3 molekyylielektroniikkalaitteiden luokitus

molekyylilanka

Tällä hetkellä ihmiset opiskelevat molekyylilankajärjestelmää, joka keskittyy pääasiassa seuraaviin 4 luokkaan: lineaariset hiilivetykonjugaattien matalapolymeeriset molekyylijärjestelmät, porfyriinioligomeerimolekyylijärjestelmät, hiilinanoputkijärjestelmät ja DNA:n biomolekyylijärjestelmät. Hiiliatomilinjat ovat yksinkertaisimpia hiilivetymolekyylilankoja. Kaikki hiiliatomit hiiliatomilangassa käyttävät SP:tä hybridisoitumiseen, jolloin niillä on vuorotellen yksittäinen kolmoissidosrakenne. Gladysz et ai. Syntetisoitu 20 hiiliatomista päätyryhmän hiiliatomilinjoilla.

Myös hiilinanoputkia tulevaisuuden molekyylielektroniikkalaitteessa ja mahdollisia sovelluksia piirissä on vastaanotettu viime vuosina. Ihmisten laaja huoli. Se voidaan nähdä putkimaisena rakenteena, jossa on kuusikulmainen grafiittilevyn kierrekierto. Hiilinanoputkilla on hyvät sähköominaisuudet ja jäykät rakenteet. Se on ihanteellinen molekyylilanka, joka moduloi johtavuutta muuttamalla halkaisijan kokoa ja rullauskulmaa.

molekyylidiodi

< P> As early as 1974 Aviram, the idea of ​​molekyylidiodi 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 molekyylidiodi. 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 molekyylidiodi 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 molekyylidiodi 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.

Molekyylikytkin ja molekyylimuistilaite

Kytkin on kaikkien elektronisten laitteiden perusohjauselementti, ja se on myös tärkeä osa molekyylimuisti- ja logiikkalaitteita. Rotaksaaneja ja katenaaneja tutkitaan tällä hetkellä enemmän kaksinkertaisina vakaan tilan molekyyleinä. Pyörä koostuu yhdestä rengasmaisesta osasta ja 1 sauvamaisesta osasta, ja rengasta voidaan pyörittää tai liu'uttaa tangon suuntaan, ja tangon kahdessa päässä on suurempi, jolla on suurempi vastus. . Jos sauvaan laitetaan kaksi eri kohtaa, kun rengas jätetään näihin kahteen eri kohtaan, se vastaa kahta eri tilaa. Sähkökemiallisia tai kemiallisia ympäristön aiheuttamia rancane-molekyylejä on jo raportoitu. Maaperä koostuu 2 sarjasta yhdessä, ja 2 renkaan välillä voi pyöriä. Eri kohdat tuodaan yhteen renkaaseen pestinissä, mikä voi myös muodostaa kaksoispysyvän tilan molekyylikytkimen.

Molekyylikenttätransistori

Kun laitteen kokoa pienennetään, olennaisesti vahvistetusta yksiköstä tulee trioditransistori triodimonodisoniksi (SET). SET:n toimintaperiaate on, että kvanttitunnelointi on pääasiassa tunnelointiefektiä metalli-eriste-metalli välillä. Kun metallielektrodin este on riittävän kapea, voidaan Fermi-tason elektroni tunneloida eristävän kerroksen läpi tunnelointivirran muodostamiseksi.

Kosteusalueen kehittämisessä ihmiset käyttävät aluksi hiilinanoputkia (CNT) saavuttaakseen läpimurron muodostaen kenttävaikutteisen putken, joka koostuu yhdestä hiilinanoputkesta. Nanoteknologian kehityksen myötä ihmiset ovat tehneet myös kenttävaikutteisen putken, joka koostuu yhdestä C60-molekyylistä. CNT:n ja C60:n lisäksi myös muiden materiaalien tutkimus on viime vuosina edistynyt huomattavasti. PARK et ai. Yhdistä yhden keskusionin monimutkainen molekyyli CO:ksi muodostamaan kenttävaikutuksen kahden kultaelektrodin välille. Kokeelliset tulokset osoittavat, että portin paineen muuttuessa virtaa voidaan säädellä suuresti lähteen ja viemärin välillä; lisäksi virta-jännite-käyrä ei ole tavanomainen tasainen käyrä, vaan porrastettu, joka esittää kantoaallonsiirron. Kvanttiominaisuudet. Robert et ai. Ehdotettiin ja suunniteltiin uusi konsepti yksimolekyylisestä kenttätransistorista, jossa elektronien lähetyskäyttäytymistä säätelee tietty yksittäinen atomivaraus molekyylin lähellä, molekyyliä muuttamalla Yksittäisen atomin varaustila voi ohjata molekyylivirran johtamista tai katkaisua. Menneisyydessä, menneisyydessä, molekyylijohtavuuden muutoksen mittaamiseksi se on suoritettava absoluuttisen nollan olosuhteissa, ja tämän uuden molekyylitransistorien konseptin kenttävaikutus voidaan havaita huoneenlämpötilassa; tämä uusi konsepti Toinen molekyylikenttätransistorin ominaisuus on, että vain yksi elektroni atomista voi toteuttaa molekyylin johtumisen tai irtoamisen, kun taas tavanomainen kenttävaikutelmaputki vaatii miljoonia elektroneja tämän kytkimen saavuttamiseksi.

Kvanttivaikutteinen molekyylielektroniikkalaite

Kvanttiefektorielektronisen laitteen edustaja on molekyyliresonanssitunnelointidiodi, jota kutsutaan nimellä molekyyli-RTD. Sillä on esterakenne ja sama toimintaperiaate, joka on samanlainen kuin kiinteän RTD:n este.

Molecular RTD koostuu neljästä osasta: (1) Päämolekyylilankamolekyylin RTD emitteri ja kerääjä koostuvat polyfenyleenimolekyyliketjusta. Tällä aromaattisella orgaanisella molekyylillä on konjugoitu π-elektroninen raita. Yksi tai useampi tästä pitkäksi täytetty tai osittain täytetty π-raita voi tarjota kanavan. Kun molekyylin molemmissa päissä on bias, elektroniikka voi siirtyä molekyylin yhdestä päästä toiseen. On arvioitu, että jokainen sekunti voidaan kulkea 2 * 10 elektronin läpi sekunnissa, ja tätä molekyylilankaa kutsutaan usein Tour-molekyylilangaksi; (2) "saarella" tai potentiaalisella kaivolla, joka koostuu yhdestä rasvarenkaasta, on pienempi energia. Koko on noin 1 nanometri, mikä on pienempi kuin kiinteän RTD-kaivon asteikko; (3) muodostaa kaksi estettä kahdella rasvanaulaliikkeellä, jonka tarkoituksena on lisätä eristysominaisuuksien kaksi puolta "saarekkeen" puolelle, jolloin vasemman ja oikean molekyylilangan välissä on kaksi estettä molekyyli-RTD:lle; ($) molekyylin elektronisen laitteen päähän, molekyylilaitteen kaksi päätä liimataan usein kulta (Au) elektrodiin tiolilla (-SH), koska se on otettu käyttöön End, kuten "krokotiilipidike" (-SH) ) tiukasti kiinnittynyt metalliin (-SH) tunnetaan sen molekyylilaitteena. Molekyylisen RTD:n toimintaperiaate on periaatteessa sama kuin kiinteän RTD:n. Kun elektroni on rajoitettu hyvin kapeaan potentiaalikuoppaan, sen energia synnyttää kvantisointimuodostuksen, eikä energiatasoa ja emitteriä täytetä elektronisesti kaivon loukun keskellä. Molekyylirataenergiaa ei ole kohdistettu, eikä resonanssitunnelointia tapahdu, laitetta ei ole kytketty päälle. Kun esijännite lisätään, kaivon keskitaso on kohdistettu elektronisen täytetyn kiertoradan energian kanssa, ja energiataso ja kollektorin tyhjä energiatila ovat myös kohdakkain, tapahtuu resonanssitunnelointivaikutus ja läpi kulkee tunnelointivirta. laite, RTD Käytössä-tilassa.

Sähkökoneiden elektroniset laitteet

Atomirele

Atomirele 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