8.2 P Molelectronicsappl
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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