В МИФИ ищут возможность создания электронных компонентов из одной молекулы
Исследование вольтамперных характеристик органического нанослоя с ионами рутения в поисках возможности создания электронных компонентов из одной молекулы провел в составе международного научного коллектива ученый Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), 13 декабря сообщает пресс-служба университета.
С каждым годом возрастает степень миниатюризации электронных устройств. Для продолжения этого процесса ученые стали работать над устройствами, состоящими из нескольких молекул или даже одной.
Однако на таких масштабах уже начинают действовать законы квантовой механики, не влияющие на работу устройств большего размера. Соавтор исследования, профессор НИЯУ МИФИ Константин Катин пояснил:
«Например, электрон может туннелировать через молекулу, если его энергия попадает в резонанс с одним из молекулярных уровней. Это приводит к нелинейному виду вольтамперных характеристик молекул и открывает широкий простор для конструирования молекул с подходящими электрическими свойствами, являющихся, например, нанотранзисторами или нановыпрямителями тока».
В ходе данного исследования ученые пропускали ток через нанослой, помещенный между двумя контактами из оксида индия-олова и алюминия. Нанослой из молекул Ru (Phen)₃ структурно представлял ион рутения (II), окруженный тремя органическими молекулами фенантролина. Его толщина составляла от 4 до 16 нм, то есть слой состоял всего из нескольких молекул.
Ток, протекавший поперек слоя, был вызван не только туннелированием электронов, но и прыжковой проводимостью, указали ученые:
«Ионы рутения похожи на островки в море органического материала, непроходимого для электронов. Эти ионы могут восстанавливаться и снова окисляться, временно принимая электроны, переправляющиеся через плохо проводящий органический материал с одного контакта на другой».
При этом, отметил Константин Катин, трудностью для исследователей стало то, что молекулы изменяют свои свойства при соединении с контактом — происходит расщепление их молекулярных уровней, что значительно сказывается на проводимости.
Результаты исследования были представлены в статье «Зависящий от толщины перенос заряда в трехмерных молекулярных сборках на основе Ru (II) — Трис (фенантролин)», опубликованной в журнале Nano Letters.
Поскольку изучаемая молекула симметрична, то и ее вольтамперные характеристики для положительных и отрицательных напряжений получились почти одинаковыми.
Поэтому следующим этапом исследования для команды станет рассмотрение свойств несимметричной молекулы, в которой металлическая часть будет сильно смещена к одному из контактов. Они надеются найти у такой молекулы сильные выпрямляющие свойства, которые позволят использовать ее в качестве миниатюрного диода.
«Через 10–15 лет большинство используемых электронных компонентов могут стать размером с молекулу. Это даст огромный прирост в производительности компьютеров и сильно снизит их энергопотребление. После этого дальше миниатюризировать электронику уже не получится, так что придется искать принципиально новые пути для ее развития», — подвел итог Константин Катин.
