Diagramma dei livelli energetici di equilibrio per una molecola debolmente accoppiata agli elettrodi metallici.

Diagramma dei livelli energetici di equilibrio per una molecola fortemente accoppiata agli elettrodi metallici.

a) catena lineare (alcano); b) molecola donore-ponte-accettore (DBA); c) quantum dot molecolare. Il trasporto è dominato dall’atomo metallico contenuto nella molecola; d) molecola organica con diversi gruppi funzionali che unisce gli elettrodi (ad es. rotaxano - riportato in figura - o una catena corta di DNA

Esempi di giunzioni molecolari

Possibili meccanismi di conduzione

Schema a bande di una giunzione Au-Alcanetiolo-Au

tunneling di buche• Massa efficace (buca) : ~ 0.4 m• J ~ 1500 A/cm2 a 1 V per C12• β ~ 0.8 Å-1

Esempi di dispositivi rettificanti

Buca di potenzialecon livelli discreti

Nei processi intramolecolari sono generalmente coinvolte cariche singole.

Comportamento di singolo elettrone

Alkyl Tunnel Barriers

La conduzione fra i due estremi della molecoladipende dall’overlap degli orbitali π che a suavolta dipende dalla planarità degli anelli.

Resonant Tunneling Diode

RTD Molecolari (Reed-Tour)

Funzione NDR a temperatura ambiente

mNDR = molecular Negative Differential ResistanceMisurata usando una punta AFM conduttrice

Negative Differential Resistance

La riduzione di un elettrone fornisce un portatore. Una seconda riduzione blocca la conduzione. Quindi, si ha conduzione solo fra i due potenziali di riduzione.

Risultato sperimentale

RTD simulazioni teoriche: LUMO

Schema concettuale di un transistor molecolare: molecola (quantum dot) tra gli elettrodi di source e drain

I primi due dispositivi a tre terminali attivi in elettronica molecolare. a, c, circuiti elettrici rispettivamente di: un amplificatore elettromeccanico con una singola molecola di C60 (nella sua versione originale con STM) e transistor con nanotubo di carbonio a singola parete (SWCNT). b, d corrispondenti curve caratteristiche Idrain = f(Vgate) (Idrain, corrente di tunnelingattraverso la molecola).

Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube

Nanotube Field Effect Transistor

IBM Research

Transistor con singolo nanotubo che funziona a temperatura a ambiente. Questo dispositivo a tre terminali consiste in un singolo nanotubosemiconduttore e in due nanoelettrodi metallici con il substrato che agisce da elettrodo di gate. Il nanotubo ha un diametro di ~5 nm.

Delft University of Technology, Professor Cees Dekker

Carbon Nanotube Transistor

Plot con scala in colore di conduttanza differenziale in funzione della tensione di bias (V) e della tensione di gate (Vg ) per tre diversi single electron transistors con [Co(tpy-(CH2)5-SH)2] a campo magnetico nullo. Il nero rappresenta lo zero di conduttanza e il bianco la conduttanza massima. I valori sono stati ottenuti per differenziazione numerica delle singole curve I –V

Curve I –V di un single-electron transistor di

[Co(tpy-(CH2)5-SH)2]2. A diverse tensioni di gate (Vg ) da 20.4 V (rosso) a 21.0 V (nero)

La molecola è un complesso metallico fra due linkers. Gli ioni Co possono esistere in due stati di carica, uno dei quali ha un numero pari di elettroni (spin totale 0), l’altro con un numero dispari di elettroni

Memoria molecolare a temperatura ambiente

Molecular switch : inducedconformational changes