Objavljeno v Tokyo Institute of Technology
2019_278_6
Polimeri so lahko ključ do eno-molekulske elektronike.Študija eno-molekulskih naprav z uporabo tunelskega mikroskopa (STM) za skeniranje vključuje tudi ustvarjanje povezave (električni stik) med kovinskim vrhom mikroskopa in eno samo molekulo na ciljni površini. Tok, ki teče skozi konico, se analizira, da se oceni potencial ciljne molekule za funkcionalne aplikacije v eno-molekularni elektroniki. Zasluge: Angewandte Chemie
Znanstveniki s tokijskega tehno loškega inštituta in univerze v Tsukubi so dokazali, da bi polimeri lahko igrali ključno vlogo pri izdelavi eno-molekulskih elektronskih naprav, kar bi človeštvu omogočilo, da premakne dosedanje meje revolucije v nanoelektroniki.
Ena izmed najbolj presenetljivih lastnosti sodobnih elektronskih naprav je njihova velikost in velikost elektronskih komponent, ki so vanje vgrajene. Neprestano potiskanje meje (manjšanje najmanjše majhnosti!) do katere je še mogoče narediti majhno elektronsko komponento, je ena izmed glavnih pobud za raziskave na področju elektronike po vsem svetu in to iz tehtnih razlogov. Če za primer vzamemo le dejstvo, da z uporabo nanoelektronike dobimo možnost natančnega upravljanja z neverjetno majhnimi tokovi, nam ta lahko omogoči ne le izboljšanje glede tokovnih omejitev neke elektronike, ampak ji prinaša tudi neko novo funkcionalnost.Takoj pa se nam zastavlja tudi vprašanje, kako dolg in globok je pravzaprav ta skriti mišji rov na področju miniaturizacije?
Raziskovalna skupina, ki jo vodi Tomoaki Nishino, izredni profesor Šole znanosti na Tokijskem tehnološkem inštitutu (Tokyo Tech), raziskuje razsežnosti tega »rova«; z drugimi besedami, delajo na enomolekularnih elektronskih komponentah. “Končno miniaturizacijo naj bi uresničila molekularna elektronika, pri kateri se ena sama funkcionalna molekula uporablja kot funkcionalni element,” pojasnjuje Nishino.
Vendar pa, kot bi lahko že pričakovali, ustvarjanje elektronskih komponent iz ene same molekule ni tako lahka naloga. Težko je namreč izdelati funkcionalne naprave, ki so sestavljene iz ene same molekule. Poleg tega imajo električna stičišča (spoji, točke, ki ustvarjajo električno povezavo) kratko življenjsko dobo, kar otežuje njihovo uporabo. Na podlagi prejšnjih raziskav je raziskovalna skupina sklepala, da bo dolga veriga monomerov (enojnih molekul), ki tvorijo polimere, dala boljše rezultate kot pri manjših molekulah.
Za demonstracijo te ideje so uporabili tehniko, imenovano skenirajoča tunelska mikroskopija (STM), pri kateri se za merjenje izredno majhnih tokov in njihovih nihanj, ki nastanejo, ko konica ustvari stičišče z atomom oziroma z več atomi na ciljni površini. S pomočjo STM je ekipa ustvarila spoje, sestavljena iz konice in polimera, imenovanega poli (vinilpiridin), ali njegovega monomera, imenovanega 4,4′-trimetilendipiridin, ki ga lahko prištevamo med komponente polimera. Z merjenjem prevodnih lastnosti teh spojev so raziskovalci želeli dokazati, da bi bili polimeri lahko uporabni za izdelavo eno-molekulskih elektronskih komponent.
Kakorkoli že, ekipa si je za izvedbo svojih analiz morala najprej izmisliti algoritem, ki jim je omogočil, da so iz podatkov tokovnih signalov, ki jih je izmeril STM dobili tiste, ki jih zanimajo. Skratka, njihov algoritem jim je omogočil, da samodejno zaznajo in štejejo majhne platoje v tokovnem signalu, merjeno v časovnem intervalu med konico in ciljno površino. Izmerjeni platoji so nakazovali na to, da je med konico in eno samo molekulo na površini ustvarjen stabilen prevodni stik.
Z opisanim pristopom je raziskovalna skupina analizirala rezultate, dobljene za spoje, ki so bili narejeni s polimerom in druge, ki so bili izdelani iz monomera. Ugotovili so, da ima polimer kot elektronska komponenta veliko boljše lastnosti od monomera. “Verjetnost tvorbe spoja, ki je vsekakor ena izmed najpomembnejših lastnosti v bodočih praktičnih aplikacijah, je bila pri polimernih spojih veliko večja,” navaja Nishino. Poleg tega je bila tudi življenjska doba teh spojev večja. Tok, ki teče skozi polimerne spoje, pa je bil bolj stabilen in predvidljiv (z manjšimi odstopanji) kot pri monomernih spojih.
Rezultati, ki jih je predstavila raziskovalna skupina, razkrivajo potencial polimerov kot gradnikov za miniaturizacijo elektronike v prihodnosti. So torej ključ za premikanje dosegljivih fizičnih meja? Upajmo, da bo to kmalu pokazal čas.
Vir:
https://www.rdmag.com/news/2019/05/how-small-can-they-get-polymers-may-be-key-single-molecule-electronic-devices
https://www.rdmag.com
