Ученые из Токийского технологического института и Университета Цукуба демонстрируют, что полимеры могут играть ключевую роль в изготовлении одно-молекулярных электронных устройств, что позволяет нам раздвинуть границы революции наноэлектроники.
Одним из самых ярких аспектов электронных устройств, которые мы имеем сегодня, является их размер и размер их компонентов. Расширение пределов того, насколько маленьким может быть электронный компонент, является одной из главных тем исследований в области электроники во всем мире, и на то есть веские причины. Например, точное манипулирование невероятно малыми токами с помощью наноэлектроники может позволить нам не только улучшить текущие ограничения электроники, но и предоставить им новые функциональные возможности.
Итак, как глубока кроличья нора в области миниатюризации? Исследовательская группа во главе с Томоаки Нишино, доцентом Школы наук Токийского технологического института (Tokyo Tech), исследует всю глубину этого аспекта; другими словами, они работают на устройствах с одной молекулой. «Предельная миниатюризация, как ожидают, будет осуществлена молекулярной электроникой, где единственная молекула используется в качестве функционального элемента», объясняет Нишино.
Однако, как и следовало ожидать, создание электронных компонентов из одной молекулы – задача не из легких. Функциональные устройства, состоящие из одной молекулы, сложно изготовить. Кроме того, узлы (точки «электрического контакта»), которые включают их, имеют короткий срок службы, что затрудняет их применение. Основываясь на предыдущих работах, исследовательская группа пришла к выводу, что длинная цепь мономеров (одиночных молекул) для образования полимеров даст лучшие результаты, чем меньшие молекулы. Чтобы продемонстрировать эту идею, они использовали технику, называемую сканирующей туннельной микроскопией (STM), в которой металлический наконечник, который заканчивается одним атомом, используется для измерения чрезвычайно малых токов и их колебаний, которые возникают, когда наконечник создает соединение с атомом или атомы на поверхности мишени. Посредством STM команда создала соединения, состоящие из наконечника и либо полимера, называемого поли (винилпиридин), либо его аналога мономера, называемого 4,4'-триметилендипиридин, который можно рассматривать как один из компонентов полимера. Измеряя проводящие свойства этих соединений, исследователи стремились доказать, что полимеры могут быть полезны для изготовления устройств с одной молекулой.
Однако, чтобы выполнить их анализ, команда сначала должна была разработать алгоритм, который позволил бы им извлекать интересующие их величины из текущих сигналов, измеренных STM. Короче говоря, их алгоритм позволил им автоматически обнаруживать и подсчитывать небольшие плато в текущем сигнале, измеренном с течением времени от наконечника и поверхности цели; плато указывало, что между наконечником и одной молекулой на поверхности было создано устойчивое проводящее соединение.
Используя этот подход, исследовательская группа проанализировала результаты, полученные для соединений, созданных с полимером и его аналогом мономера. Они обнаружили, что полимер обладает гораздо лучшими свойствами в качестве электронного компонента, чем мономер. «Вероятность образования соединения, одного из важнейших свойств для будущих практических применений, была намного выше для соединения полимера» – утверждает Нишино. Кроме того, было обнаружено, что время жизни этих контактов было выше, а ток, протекающий через полимерные соединения, был более стабильным и предсказуемым (с меньшим отклонением), чем для мономерных соединений.
Результаты, представленные исследовательской группой, раскрывают потенциал полимеров в качестве строительных блоков для миниатюризации электроники в будущем. Являются ли они ключом для расширения границ достижимых физических ограничений? Время скоро покажет.
© digitrode.ru