微米和纳米

研究人员发现分子线的切换功能

研究人员发现分子线的切换功能

图显示:只有一个原子宽 – 小于纳米 – 是垂直安装在导电平台(红色)上的导线(绿色)。它可以很容易地连接到像吸盘的金属表面(黑色) – 实现电接触。

电子学中日益小型化将导致仅由几个分子组成的组分,甚至只有一个分子。需要微小的电线将其连接到纳米级的电路。来自基尔大学(CAU)和西班牙圣塞巴斯蒂安的Donostia国际物理中心的国际研究团队开发了一种整合直径仅为单个原子的导线的分子。科学家发现,这种分子线可以调节电流。它像纳米电源开关一样工作,并使纳米级电子元件中的分子线可以使用。研究小组的研究结果出现在科学杂志“ 物理评论”杂志上

由基尔和圣塞巴斯蒂安的科学家生产的电线只有两个原子键长,一个原子宽。Kiel物理学家Torben Jasper-Tönnies是该出版物的第一作者,他解释说:“这是最简单的分子线可想而知,更薄,而且更短。为了测量流过纳米线的电流,两端必须连接到金属电极,就像更大的电路一样。但是没有足够小的金属夹可以在纳米尺度上产生电触点。Jasper-Tönnies在撰写他的博士论文至Richard Berndt教授的工作组时说:“在纳米电路中电接触个别分子是一个尚未得到令人满意的解决问题,并在研究界广泛讨论。

为了实现电接触,科学家开发出一种仅由单个分子组成的新线。Jasper-Tönnies解释说:“我们电线的特殊之处在于我们可以将其安装在金属表面的垂直位置,这意味着两个所需触点之一已经有效地内置在电线上。为了实现这一目标,有关化学家采用了基尔协同研究中心(SFB)677“切换功能”的方法。在跨学科研究网络中,分子平台是感兴趣的领域之一。电线连接到这样一个平台上。它表现出高电导性,并且可以容易地附接到诸如吸盘的金属表面 – 实现电接触。

研究人员发现分子线的切换功能

这是线分子如何变成纳米开关:扫描隧道显微镜(黄色)的尖端越接近纳米线(蓝色)越靠近,电线越弯曲,电流变化越大。这是由于在尖端和线之间作用的量子力学力。它们改变分子的几何形状,从而改变其性质。

对于第二个需要的联系人,研究团队使用扫描隧道显微镜(STM)。使用金属尖端,它“感觉到”一个样品,并以几纳米的尺度创建其表面的图像。因此,单个原子变得可见。在他们的实验中,基尔研究人员为STM使用了一个特别精细的金属尖端,其末端只有一个原子。以这种方式,它们能够与导线的第二端形成电接触,闭合电路并测量电流。Jasper-Tönnies说:“通过这个非常精确的接触,我们获得了非常好的数据,我们可以复制这些接触,并且测量的当前值与电线到丝不相同。

在测量过程中,研究人员还发现量子力学作用在STM 的金属尖端和纳米线之间。这些可用于机械地弯曲电线。如果导线仅稍微弯曲,电流就会减小。然而,如果有一个强烈的弯曲,它会增加。Jasper-Tönnies解释说:“通过弯曲电线,我们可以打开或关闭电流,虽然我们的电线很简单,但是它的行为非常复杂 – 这让我们感到惊讶。

科学家认为,纳米线的异常电导是由其分子结构引起的。这得到SanSebastián的Aran Garcia-Lekue博士和Thomas Frederiksen教授的计算支持。作为量子力学的结果,线的单个原子与STM探针尖端的原子形成新的化学键。这改变了分子的几何形状,从而改变了其分子的性质。“几何差异实际上可能会产生巨大的影响,因此,为了能够设置分子的几何形状并尽可能准确地测量分子,我们很重要,我们通过纳米线的精确接触和原子分辨率的STM图像,“Jasper-Tönnies说。

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