聚合物可能是單分子電子器件的關鍵
東京工業(yè)大學和筑波大學的科學家證明,聚合物可以在單分子電子器件的制造中發(fā)揮關鍵作用,使我們能夠突破納米電子革命的界限。
我們今天擁有的電子設備最引人注目的一個方面是它們的尺寸和組件的尺寸。推動制造電子元件的極小限制是全世界電子領域研究的主要議題之一,并且有充分的理由。例如,使用納米電子技術精確操縱難以置信的小電流,不僅可以改善電子設備的電流限制,還可以為它們提供新的功能。
那么,兔子洞在小型化領域走了多遠?由東京工業(yè)大學(東京工業(yè)大學)理學院副教授Tomoaki Nishino領導的研究小組正在探索這方面的深度; 換句話說,他們正在研究單分子器件。“終極小型化有望通過分子電子學實現(xiàn),其中單個分子被用作功能元素,”Nishino解釋說。
然而,正如人們所預料的那樣,從單個分子制造電子元件并非易事。由單個分子組成的功能性裝置難以制造。此外,涉及它們的連接點(“電接觸點”)具有短的壽命,這使得它們的應用變得困難?;谝郧暗墓ぷ?,研究小組推斷,形成聚合物的長鏈單體(單分子)比較小的分子產生更好的結果。為了證明這一想法,他們采用了一種稱為掃描隧道顯微鏡(STM)的技術,其中金屬尖端以單個原子結束用于測量尖端與目標表面上的一個或多個原子形成結點時發(fā)生的極小電流及其波動。通過STM,該團隊創(chuàng)建了由尖端和稱為聚(乙烯基吡啶)的聚合物或其單體對應物組成的連接點,稱為4,4'-三亞甲基二吡啶,其可被視為聚合物的組分之一。通過測量這些結的導電性能,研究人員試圖證明聚合物可用于制造單分子器件。
然而,為了進行分析,該團隊首先必須設計一種算法,使他們能夠從STM測量的當前信號中提取他們感興趣的數(shù)量。簡而言之,他們的算法允許他們自動檢測和計算從尖端和目標表面隨時間測量的電流信號中的小平臺; 高原表明在尖端和表面上的單個分子之間產生穩(wěn)定的導電連接。
使用這種方法,研究團隊分析了聚合物及其單體對應物產生的連接點的結果。他們發(fā)現(xiàn)聚合物作為電子元件比單體具有更好的性能。Nishino表示,“結構形成的可能性是未來實際應用中最重要的特性之一,對聚合物結來說要高得多。” 此外,發(fā)現(xiàn)這些連接點的壽命更長,并且流過聚合物連接點的電流比單體連接點更穩(wěn)定和可預測(偏差更小)。
研究團隊提出的結果揭示了聚合物作為未來電子產品小型化的基石的潛力。它們是推動可實現(xiàn)的物理極限邊界的關鍵嗎?希望時間會很快告訴我們。
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