Molekulární vodivost - Molecular conductance

Molekulární vodivost (${displaystyle G = I / V}$), nebo vodivost jediného molekula, je fyzikální veličina v molekulární elektronika. Molekulární vodivost závisí na okolních podmínkách (např. pH, teplota, tlak), jakož i vlastnosti měřicího zařízení. Ve snaze měřit tuto veličinu přímo bylo vyvinuto mnoho experimentálních technik, ale teoretici a experimentátoři stále čelí mnoha výzvám.^[1]

V poslední době bylo dosaženo velkého pokroku ve vývoji spolehlivých technik měření vodivosti. Tyto techniky lze rozdělit do dvou kategorií: experimenty s molekulárními filmy, které měří skupiny desítek molekul, a experimenty s měřením jedné molekuly.

Molekulární filmové experimenty

Molekulární filmové experimenty obvykle sestávají ze sendviče tenké vrstvy molekul mezi dvěma elektrodami, které se používají k měření vodivosti vrstvou. Dvě z nejúspěšnějších implementací tohoto konceptu byly hlavní elektroda přístupu a při použití nanoelektrod. Při přístupu s hromadnou elektrodou je molekulární film typicky imobilizován na jedné elektrodě a horní elektroda je uvedena do kontaktu s ní, což umožňuje měření toku proudu jako funkci aplikovaného předpětí. Třída nanoelektrod experimentů, při kreativním využívání zařízení, jako je mikroskop atomové síly špičky a dráty s malým poloměrem, jsou schopny provádět stejný druh měření proudu oproti aplikovanému zkreslení, ale na mnohem menším počtu molekul ve srovnání s objemovou elektrodou. Například špička mikroskopu s atomovou silou může být použita jako horní elektroda a vzhledem k poloměru zakřivení špičky v nanoměřítku je počet měřených molekul drasticky snížen. Potíže, s nimiž se tyto experimenty setkaly, přicházejí hlavně při řešení takových tenkých vrstev molekul, což často vede k problémům se zkratováním elektrod.

Měření jedné molekuly

Molekula kovalentně spojená se dvěma elektrodami.

Poslední dobou, měření jedné molekuly byly vyvinuty experimenty, které experimentátorům přinášejí lepší pohled na molekulární vodivost. Ty spadají do kategorií skenovací sondy, která zahrnuje pevnou elektrodu a mechanicky vytvořené spojovací techniky. Jeden příklad mechanicky vytvořeného spojovacího experimentu zahrnuje použití pohyblivé elektrody pro navázání kontaktu s elektrodou potaženou jedinou vrstvou molekul a jejím následným odtažením. Když je elektroda odstraněna z povrchu, molekuly, které se spojily mezi dvěma elektrodami, se začnou oddělovat, dokud se nakonec nepřipojí jedna molekula. Geometrie atomové úrovně kontaktu špička-elektroda má vliv na vodivost a může se měnit z jednoho běhu experimentu na další, takže je vyžadován přístup histogramu. Jednou z hlavních obtíží tohoto přístupu bylo vytvoření spojení, ve kterém je známá přesná kontaktní geometrie.

Aplikace

Důležitým prvním krokem k cíli budování elektronických zařízení na molekulární úrovni je schopnost měřit a řídit elektrický proud skrz jednotlivou molekulu. Na základě předpokládaného pokračování Mooreův zákon, u kterého se očekává, že v příštích 10 až 20 letech přinese miniaturizaci tranzistorů na integrovaných obvodech do atomového měřítka, se tento cíl návrhu obvodů na jedné molekule pravděpodobně rozšíří v celém odvětví polovodičů.

Další aplikace se zaměřují na vhled poskytnutý těmito experimenty v oblasti přenosu náboje, což je opakující se jev v mnoha chemických a biologických procesech. Tento druh vhledu dává vědcům schopnost číst chemické informace uložené v jedné molekule elektronicky, které pak mohou být použity v široké škále chemických a biosenzor aplikace.

Reference