Moleküler tel - Molecular wire
| hakkında bir dizi makalenin bir parçası |
| Nanoelektronik |
|---|
| Tek moleküllü elektronik |
| Katı hal nanoelektronik |
| İlgili yaklaşımlar |
Moleküler teller (veya bazen moleküler nanoteller olarak adlandırılır), elektrik akımını ileten moleküler zincirlerdir. Moleküler elektronik cihazlar için önerilen yapı taşlarıdır. Tipik çapları üç nanometreden azdır, uzunlukları ise makroskopik olabilir, santimetre veya daha fazla uzayabilir.
Örnekler
Çoğu moleküler tel türü, organik moleküllerden türetilir. Doğal olarak oluşan bir moleküler tel DNA'dır . Tanınmış inorganik örnekleri, Li gibi polimerik malzemeler bulunmaktadır 2 Mo 6 Se 6 Mo 6 S 9-X I X , [Pd 4 (CO) 4 (OAc) 4 , Pd (acac) 2 ], ve tek molekül genişletilmiş metal atomu zincirleri (EMAC'ler) birbirine doğrudan bağlı geçiş metali atom dizilerinden oluşur . Paramanyetik inorganik kısımlar içeren moleküler teller Kondo tepeleri sergileyebilir .
elektronların iletimi
Moleküler teller elektriği iletir. Tipik olarak doğrusal olmayan akım-voltaj özelliklerine sahiptirler ve basit omik iletkenler gibi davranmazlar. İletkenlik, güçlü tek boyutlu karakterlerinden kaynaklanan, hangisi daha büyükse, sıcaklığın veya elektrik alanın bir fonksiyonu olarak tipik güç yasası davranışını izler. Elektronlar arasındaki güçlü etkileşimlerin normal metalik ( Fermi sıvısı ) davranıştan sapmalara yol açtığı tek boyutlu sistemlerin iletkenliğini anlama girişiminde çok sayıda teorik fikir kullanılmıştır . Önemli kavramlar Tomonaga , Luttinger ve Wigner tarafından tanıtılanlardır . Klasik Coulomb itmesinin ( Coulomb blokajı olarak adlandırılır ), titreşim serbestlik dereceleriyle ( fononlar olarak adlandırılır) etkileşimlerinin ve Kuantum Eşevresizliğinin neden olduğu etkilerin de moleküler tellerin özelliklerinin belirlenmesinde önemli olduğu bulunmuştur.
sentez
Çeşitli moleküler tel türlerinin (örneğin organik moleküler teller ve inorganik moleküler teller) sentezi için yöntemler geliştirilmiştir . Temel prensip, tekrar eden modülleri bir araya getirmektir. Organik moleküler teller genellikle geçiş metali aracılı çapraz bağlama reaksiyonları yoluyla sentezlenir .
Organik moleküler teller
Organik moleküler teller genellikle etilen grubu veya asetilen gruplarıyla birbirine bağlanan aromatik halkalardan oluşur . Geçiş metali aracılı çapraz bağlama reaksiyonları, organik moleküler teller oluşturmak için basit yapı bloklarını yakınsak bir şekilde birbirine bağlamak için kullanılır. Örneğin, basit bir oligo (fenilen etilnilen) tipi moleküler tel (B), kolayca temin edilebilen 1-bromo-4-iyodobenzenden (A) başlanarak sentezlendi. Nihai ürün, Sonogashira birleştirme reaksiyonlarının birkaç aşamasıyla elde edildi .
Diğer organik moleküler teller, karbon nanotüpleri ve DNA'yı içerir . Karbon nanotüpler çeşitli nano teknolojik yaklaşımlarla sentezlenebilir. DNA, katı fazda adım adım DNA sentezi veya hücreler içinde DNA-polimeraz katalizli replikasyon ile hazırlanabilir.
İnorganik moleküler teller
Bir sınıf inorganik moleküler tel, Chevrel kümeleriyle ilgili alt birimlerden oluşur . Mo 6 S 9−x I x'in sentezi , 1343 K'da sızdırmaz ve vakumlu kuvars ampulde gerçekleştirildi. Mo 6 S 9−x I x'de , tekrar birimleri, birleştirilen Mo 6 S 9−x I x kümeleridir. esnek kükürt veya iyot köprüleri ile birlikte.
Zincirler ayrıca metalo-organik öncülerden de üretilebilir.
Moleküler elektronikte nanoteller
Molekülleri bağlamak için kullanılmak üzere, MW'lerin iyi tanımlanmış yolları izleyerek kendi kendine bir araya gelmeleri ve aralarında güvenilir elektriksel temaslar oluşturmaları gerekir. Tek moleküllere dayalı karmaşık bir devreyi yeniden üretilebilir bir şekilde kendi kendine monte etmek. İdeal olarak, altın metal yüzeyler (dış dünyayla bağlantılar için), biyomoleküller (nanosensörler, nanoelektrotlar, moleküler anahtarlar için) gibi çeşitli malzemelere bağlanırlar ve en önemlisi dallanmaya izin vermelidirler. Konektörler ayrıca önceden belirlenmiş çap ve uzunlukta mevcut olmalıdır. Ayrıca, tekrarlanabilir taşıma ve temas özelliklerini sağlamak için kovalent bağa sahip olmalıdırlar.
DNA benzeri moleküller, spesifik moleküler ölçekte tanımaya sahiptir ve moleküler yapı iskelesi imalatında kullanılabilir. Karmaşık şekiller gösterilmiştir, ancak ne yazık ki elektriksel olarak iletken olan metal kaplı DNA, tek tek moleküllere bağlanamayacak kadar kalındır. Daha ince kaplanmış DNA, elektronik bağlantıdan yoksundur ve moleküler elektronik bileşenlerin bağlanması için uygun değildir.
Bazı karbon nanotüp çeşitleri (CNT'ler) iletkendir ve uçlarında bağlantı, bağlantı gruplarının eklenmesiyle sağlanabilir. Ne yazık ki önceden belirlenmiş özelliklere sahip CNT'lerin üretilmesi şu anda imkansızdır ve işlevselleştirilmiş uçlar tipik olarak iletken değildir ve moleküler bağlayıcılar olarak kullanışlılıklarını sınırlar. Bireysel CNT'ler bir elektron mikroskobunda lehimlenebilir, ancak temas kovalent değildir ve kendi kendine monte edilemez.
Kullanılarak daha büyük bir işlevsel devrelerinin yapımı için müsait yolları Mo 6 S 9-X I X MA'lan gösterilmiş, ya da bağlayıcılar olarak altın nanopartikülleri yoluyla veya tiollenmiş moleküllere doğrudan bağlantı ile. İki yaklaşım farklı olası uygulamalara yol açabilir. GSMH'lerin kullanımı, daha büyük devrelerin dallanma ve inşa edilme olasılığını sunar.
Diğer araştırma
Moleküler teller, polimerlere dahil edilerek mekanik ve/veya iletken özelliklerini geliştirebilir. Bu özelliklerin geliştirilmesi, tellerin konukçu polimer içinde düzgün dağılımına dayanır. MoSI telleri, diğer nanoteller veya nanotüpler ile karşılaştırıldığında, polimer konak içindeki üstün çözünürlüklerine dayanarak bu tür kompozitlerde yapılmıştır. Aktüatörler ve potansiyometrelerdeki uygulamalarla polimerlerin tribolojik özelliklerini geliştirmek için tel demetleri kullanılabilir. Son zamanlarda, bükülmüş nanotellerin , nano ölçekte kuvvetleri ve torkları büyük bir hassasiyetle ölçmek için elektromekanik nano cihazlar (veya burulma nano terazileri ) olarak çalışabileceği öne sürülmüştür .