В Berkeley Lab разработан эффективный одномолекулярный диод

Используя одну симметричную молекулу, ионный раствор и два золотых электрода с разной площадью поверхности, инженеры Molecular Foundry (подразделение Berkeley Lab) вместе с сотрудниками Колумбийского Университета (Нью-Йорк) смогли создать диод с рекордным для одномолекулярного устройства коэффициентом выпрямления (отношение прямого к обратному току при фиксированном напряжении) — более 200. По этой характеристике он превосходит лучшие подобные устройства, созданные до сих пор, как минимум, в 50 раз.

В более ранних работах ученые пытались изготовить одномолекулярные диоды синтезируя особые асимметричные молекулы, аналогичные p-n-соединениям, либо используя симметричные молекулы с электродами, изготовленными из различных металлов. Но получавшиеся у них асимметричные соединения давали низкие отношения выпрямления и небольшой прямой ток. Директор Molecular Foundry Джефф Нитон (Jeff Neaton) и его нью-йоркские коллеги нашли способ, свободный от обоих этих недостатков.

«Асимметрия, необходимая для диодного поведения, начинается с разных открытых областей электродов и ионного раствора. Это приводит к образованию разных электростатических сред вокруг каждого из электродов и превосходному функционированию одномолекулярного устройства, — поясняет Нитон в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology. — Течение электронов в молекулярных масштабах реализуется главным образом путем квантового туннелирования. Эффективность этого процесса зависит от степени согласованности дискретных энергетических уровней молекулы с непрерывным спектром электрода. В молекулярном выпрямителе это согласование улучшается для положительного напряжения, вызывая увеличение туннелирования, и ухудшается для отрицательного напряжения. В Molecular Foundry мы разработали метод точного расчета согласованности энергетических уровней и вероятности туннельного перехода в одномолекулярных соединениях».

Сводная команда исследователей рассчитывает, что предложенный ими новый подход к построению одномолекулярных диодов наметит и более общее направление настройки нелинейных явлений в наноустройствах, применимое к широкому кругу систем помимо одномолекулярных соединений и двухконтактных устройств.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365