1. Panoramica
Lo sviluppo di dispositivi elettronici ha ridotto il computer da diverse case a piccoli notebook che possono essere caricati in tasca, il che rende i computer delle persone Lo sviluppo è molto atteso. Le elevate prestazioni e il volume ridotto del computer dipendono principalmente dal dispositivo elettronico che lo costituisce. Negli ultimi anni, lo sviluppo di dispositivi nanomolecolari è stato molto preoccupato e il dispositivo nanomolecolare ha un elevato vantaggio intensivo. Un dito è limitato per integrare un milione di miliardi di componenti elettronici molecolari, il miglioramento dell'integrazione del computer aiuta l'aumento della velocità operativa. I dispositivi nanomolecolari possono anche essere sintetizzati in grandi quantità, il che ridurrà significativamente i costi di produzione, aumentando così il vantaggio competitivo. Pertanto, i dispositivi nanomolecolari stanno diventando una direzione importante per il futuro sviluppo di dispositivi elettronici.
Concetto di elettronica molecolare
Il concetto di elettronica molecolare è diverso dal microtransistor organico o dall'elettronica del periodo precedente e dalla trasmissione e dall'effetto "corpo" nel materiale "corpo". Dispositivi organici. Elettronica molecolare detta anche "elettronica interna molecolare", che è composta da una struttura molecolare di legame covalente elettricamente isolata dal substrato del "corpo", o da fili e molecole molecolari costituiti da una molecola sovrastrutturata e da una struttura supermolecolare di il livello nanometrico. L'interruttore è collegato. Dal punto di vista del processo di preparazione, è più probabile che l'elettronica molecolare produca un costo inferiore di centinaia di milioni di strutture basate su nanomagnitudine quasi complete equivalenti rispetto ai dispositivi nanoelettronici solidi. Ciò è dovuto principalmente all'emergere di nano-lavorazioni e nano-operazioni, ovvero sintesi meccanica e tecniche di sintesi chimica di strutture di nano-magnitudine. La sintesi meccanica consiste nel controllare la molecola per il controllo del microscopio a effetto tunnel (STM), del microscopio a forza atomica (AFM) e dei nuovi sistemi microelettromeccanici. La sintesi chimica include la crescita chimica di autoassemblaggio di nanostrutture, presa in prestito dalla genetica biochimica e molecolare e simili. Il metodo di sintesi chimica può essere combinato in un dispositivo elettronico molecolare in una molecola organica.
Il dispositivo elettronico molecolare è quello di costruire vari componenti nei circuiti elettronici, come fili molecolari, interruttori molecolari, diodi molecolari, transistor ad effetto di campo molecolare, dispositivi di memorizzazione molecolare, ecc., Misurazione e analisi di fili molecolari, interruttori molecolari, dispositivi di memorizzazione molecolare, ecc. Le proprietà elettriche di questi componenti su scala molecolare. Il suo obiettivo è utilizzare una singola molecola, un cluster supermolecolare o molecolare invece di componenti elettronici solidi come transistor semiconduttori a base di silicio e persino computer molecolari intatti assemblati.
2 materiale del dispositivo elettronico molecolare
Materiale elettromeccanico organico
È favorevole al ritaglio molecolare di composti organici in cristalli molecolari allo stato solido, a causa dell'assenza di corrente nei cristalli molecolari sub elettronici o buchi) e la spaziatura molecolare è ampia (è difficile migrare) ed è spesso un isolante. Per rendere conduttivo il solido organico, c'è un vettore nel cristallo e un passaggio per il trasporto trasportato. Il meccanismo delle due condizioni può essere suddiviso in due grandi categorie. Un tipo è una molecola di polimerizzazione avente una scelta comune del sistema π, che è parzialmente ossidato o ridotto per produrre un elettrone senza pari, formando così un conduttore nella direzione della catena. La conducibilità a temperatura ambiente del poliacetilene ha raggiunto 8 x 10 scm, che può essere paragonata al rame metallico. L'altro è basato su molecole di donatore di elettroni (D) e recettore (A) formate da sali compositi a trasferimento di carica. Generale D e A almeno C'è una parte in una molecola scossa piatta, e le due sono disposte nei cristalli. Quando la spaziatura molecolare della colonna è piccola per far sovrapporre le tracce π l'una all'altra per formare una banda (canale), c'è un trasferimento di carica incompleto per formare una fascia di prezzo mista. I supporti forniti possono essere fatti passare lungo la direzione della colonna.
Scolorimento organico leggero e materiale elettrocromico
Il composto è in luce, come obbedire, geometrico Il fenomeno della metastasi strutturale, dimerizzazione, molecolare del protone interno, rottura del legame e trasferimento di carica, con conseguente fotolorizzazione. È possibile svilupparsi come decolorazione leggera. Quando la variazione è reversibile ei due stati sono sufficientemente stabili, è possibile sviluppare l'interruttore ottico, l'elemento ottico di registrazione. Ad esempio, uno ione zerogenico colorato viene generato dopo l'atomo riscaldante, il legame viene rotto e il riscaldamento o un'altra onda di luce lunga può essere ripristinata allo stato originale. Il materiale elettrocromico è una reazione di ossidazione reversibile che si verifica sotto campi elettrici esterni. Quando la differenza tra lo stato di ossidazione e il protocollo riducente sull'assorbimento della luce, sono presenti diversi colori nella zona ottica visibile. Ad esempio, TTF perde un elettrone con un campo elettrico, dalla riduzione Lo stato passa allo stato di ossidazione e il colore cambia da giallo a blu viola. Il composto di coordinazione metallo-organico contenente elettroni D e polimeri conduttivi drogati può essere utilizzato anche come materiale elettroelastico.
Materiale piezoelettrico, termoelettrico e ferroelettrico
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.Materiale dell'LCD
Di solito le molecole allo stato liquido sono disordinate. Tuttavia, alcuni composti hanno una struttura di allineamento simile ai cristalli allo stato liquido, che è un cristallo liquido. Le molecole di cristalli liquidi sono più di una molecola a forma di bastoncino con una funzione di autoassemblaggio e un anello aromatico. Il cristallo liquido viene utilizzato principalmente come proprietà elettro-ottica come materiale di visualizzazione elettronica: nel campo corrente o elettrico. Sotto l'azione, l'indice di rifrazione, la costante dielettrica e l'elasticità orientativa dell'indice, il cambiamento di colore avviene a causa dell'interazione molecolare e vengono raccolti i cambiamenti di colore. Da questo senso, il cristallo liquido appartiene al materiale elettrosa. Alta capacità, ampia visuale, contrasto elevato, risposta rapida, basso consumo energetico, bassa tensione di pilotaggio, alta affidabilità e colori ricchi sono requisiti comuni per i materiali a cristalli liquidi con display elettronico. Il materiale ferroelettrico a cristalli liquidi è l'oggetto più importante nella ricerca sui cristalli liquidi. Poiché ha una velocità di risposta di microsecondi e informazioni di grande capacità, la funzione di archiviazione può essere utilizzata come archiviazione leggera, registrazione ottica e materiali di visualizzazione.
3 classificazione dei dispositivi elettronici molecolari
filo molecolare
Attualmente, le persone studiano il sistema di fili molecolari Principalmente focalizzato sulle seguenti 4 categorie: sistemi molecolari a basso polimero coniugato di idrocarburi lineari, sistemi molecolari di oligomeri di porfirina, sistemi di nanotubi di carbonio e sistemi biomolecolari di DNA. Le linee atomiche di carbonio sono i più semplici fili molecolari di idrogeno di carbonio. Tutti gli atomi di carbonio nel filo dell'atomo di carbonio usano SP per ibridarsi, avendo quindi una struttura alternata a singolo triplo legame. Gladysz et al. Sintetizzato da 20 atomi di carbonio con linee di atomi di carbonio del gruppo terminale.
Negli ultimi anni sono stati ricevuti anche nanotubi di carbonio nel futuro dispositivo elettronico molecolare e potenziali applicazioni nel circuito. La preoccupazione diffusa della gente. Può essere visto come una struttura tubolare avente un ciclo a spirale da un foglio di grafite esagonale. I nanotubi di carbonio hanno buone proprietà elettriche e strutture rigide. È un filo molecolare ideale che modula la sua conduttività modificando la dimensione del diametro e l'angolo di rollio.
diodo molecolare
< P> As early as 1974 Aviram, the idea of diodo molecolare 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 diodo molecolare. 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 diodo molecolare 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 diodo molecolare 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.
Interruttore molecolare e dispositivo di memoria molecolare
L'interruttore è l'elemento di controllo di base di tutti i dispositivi elettronici ed è anche una parte importante della memoria molecolare e dei dispositivi logici. Rotaxani e catenani sono attualmente studiati più doppie molecole allo stato stazionario. La ruota è composta da una porzione anulare e 1 porzione a forma di asta, e l'anello può essere ruotato o fatto scorrere nella direzione dell'asta, e le due estremità dell'asta hanno una maggiore avente una maggiore resistenza. . Se sull'asta vengono introdotti due siti diversi, quando l'anello viene lasciato in questi due siti diversi, corrisponde a due stati diversi. Le molecole di rancane indotte dall'ambiente elettrochimico o chimico sono già state segnalate. Il terreno è composto da 2 set insieme e può esserci rotazione tra 2 anelli. Diversi siti vengono introdotti in un anello nella pestina, che può anche costituire un doppio interruttore molecolare allo stato stazionario.
Transistor ad effetto di campo molecolare
Con la riduzione delle dimensioni del dispositivo, l'unità sostanzialmente amplificata diventerà un transistor triodo in un triodo monodisone (SET). Il principio di funzionamento di SET è che il tunnel quantistico è principalmente un effetto tunnel tra metallo-isolante-metallo. Quando la barriera dell'elettrodo metallico è sufficientemente stretta, l'elettrone a livello di Fermi può essere incanalato attraverso lo strato isolante per formare una corrente di tunneling.
Nello sviluppo della gamma di umidità, le persone utilizzano inizialmente i nanotubi di carbonio (CNT) per ottenere una svolta, formando un tubo ad effetto di campo composto da un singolo nanotubo di carbonio. Con lo sviluppo della nanotecnologia, le persone hanno anche realizzato un tubo ad effetto di campo composto da una singola molecola C60. Oltre a CNT e C60, anche lo studio di altri materiali negli ultimi anni ha fatto grandi progressi. PARK et al. Collegare la molecola complessa di 1 ione centrale come CO per costituire un effetto di campo tra due elettrodi d'oro. I risultati sperimentali mostrano che al variare della pressione di gate, la corrente può essere fortemente regolata tra source e drain; inoltre, la curva corrente-tensione non è una curva liscia convenzionale, ma a gradini, che presenta una trasmissione portante. Caratteristiche quantistiche. Roberto et al. Proposto e progettato un nuovo concetto di transistor ad effetto di campo molecolare singolo, in cui il comportamento di trasmissione degli elettroni è regolato da una certa singola carica atomica vicino alla molecola, cambiando la molecola Lo stato di carica di un singolo atomo può controllare la conduzione o la disconnessione della corrente molecolare. In passato, in passato, per misurare il cambiamento di conduttanza molecolare, doveva essere eseguito nella condizione di zero assoluto, e l'effetto di campo di questo nuovo concetto di transistor molecolari può essere osservato a temperatura ambiente; questo nuovo concetto Un'altra caratteristica del transistor ad effetto di campo molecolare è che solo un elettrone dell'atomo può realizzare la conduzione o la disconnessione della molecola, mentre il tubo ad effetto di campo convenzionale richiede milioni di elettroni per ottenere questo passaggio.
Dispositivo elettronico molecolare ad effetto quantistico
Il rappresentante del dispositivo elettronico effettore quantistico è il diodo tunnel di risonanza molecolare, denominato RTD molecolare. Ha una struttura a barriera e lo stesso principio di funzionamento simile alla barriera del solido RTD.
L'RTD molecolare è costituito da quattro parti: (1) L'emettitore e il collettore della principale molecola di filo molecolare RTD sono composti da una catena molecolare di polifenilene. Questa molecola organica aromatica ha una traccia elettronica π coniugata. Una o più di queste tracce π piene o parzialmente piene possono fornire un canale. Quando c'è un bias in entrambe le estremità della molecola, l'elettronica può spostarsi da un'estremità all'altra della molecola. Si stima che ogni secondo possa essere fatto passare attraverso 2 * 10 elettroni al secondo, e questo filo molecolare è spesso indicato come filo molecolare Tour; (2) "isola" o pozzo potenziale composto da un singolo anello grasso ha un'energia inferiore, la dimensione è di circa 1 nanometro, che è inferiore alla scala del pozzo RTD solido; (3) costituisce due barriere di due movimenti di chiodi grassi, che è quello di inserire i due lati delle proprietà isolanti nel lato "isola", con Tra i fili molecolari sinistro e destro, due barriere all'RTD molecolare; ($) l'estremità del dispositivo elettronico molecolare, le due estremità del dispositivo molecolare spesso si incollano sull'elettrodo d'oro (Au) mediante tiolo (-SH), poiché viene introdotto Fine, una tale "clip a coccodrillo" (-SH ) strettamente attaccato al metallo (-SH) è noto come il suo dispositivo molecolare. Il principio di funzionamento dell'RTD molecolare è fondamentalmente lo stesso dell'RTD solido. Quando l'elettrone è limitato a un pozzo di potenziale molto stretto, la sua energia genera la formazione di quantizzazione e il livello di energia e l'emettitore non sono riempiti elettronicamente nel mezzo della trappola del pozzo. L'energia dell'orbita molecolare non è allineata e il tunnel di risonanza non si verifica, il dispositivo non è acceso. Quando viene aggiunta la polarizzazione, il livello medio del pozzo è allineato con l'energia orbitale dell'elettronica piena, e anche il livello di energia e lo stato di energia vuoto del collettore sono allineati, si verifica l'effetto di tunneling di risonanza e c'è una corrente di tunneling attraverso il dispositivo, RTD Nello stato acceso.
Apparecchiature elettroniche per macchine elettriche
Relè atomico
Relè atomico 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