el

l para el estudio mecánico del quántum de la distribución del electrón en una molécula, considera el Stereoelectronics . La electrónica molecular (a veces llamado el moletronics del ) es un tema interdisciplinario que atraviesa la física, la química, y la ciencia material. La característica unifying de esta área es el uso de los bloques huecos moleculares para la fabricación de los componentes electrónicos, pasivos (e. los alambres resistentes) y del active (e. El concepto de electrónica molecular ha despertado mucho entusiasmo en la ciencia ficción y entre los científicos debido a la perspectiva de la reducción de tamaño en la electrónica ofrecida por el control del molecular-nivel de características. La electrónica molecular proporciona medios de ampliar la ley de Moore más allá de los límites previstos de los circuitos integrados convencionales en reducida escala del silicio.

Debido al uso amplio del término, la electrónica molecular se puede partir en dos relacionados pero subdisciplinas separadas: los materiales moleculares del para la electrónica utilizan las características de las moléculas para afectar a las características a granel de un material, mientras que la electrónica molecular de la escala del se centra en usos de la solo-molécula.

Génesis y teoría del concepto

El estudio de la transferencia de carga en moléculas fue avanzado en los años 40 por el Roberto Mulliken y el Albert Szent-Gyorgi en la discusión del " supuesto; donante-acceptor" sistemas y convertido el estudio de la transferencia de carga y de la transferencia de energía en moléculas. Asimismo, un papel 1974 de la marca Ratner y Ari Aviram ¹ ilustró un rectificador molecular teórico . Más adelante, en 1988, Aviram describió detalladamente un transistor teórico del efecto de campo de la solo-molécula. Otros conceptos fueron propuestos por Forrest Carretero del laboratorio de investigación naval, incluyendo las puertas de lógica de la solo-molécula

Desafortunadamente, la medida directa del de las características electrónicas de moléculas individuales aguardó el desarrollo de los métodos para hacer molecular-escala contactos eléctricos. Ésta no era ninguna tarea fácil. Así, el primer experimento que medía la conductancia de una sola molécula fue divulgado solamente en 1997 por Mark Reed y compañeros de trabajo. Desde entonces, esta rama del campo ha progresado rápido. Asimismo, como ha llegado a ser posible medir tales características directo, las predicciones teóricas de los trabajadores tempranos se han confirmado sobre todo. Sin embargo, mientras que sobre todo funciona en el reino de Quantum de menos de 100 nanómetros, " molecular" los procesos electrónicos manifiestan a menudo colectivamente en una escala macra. Los ejemplos incluyen el Quantum que hace un túnel, resistencia negativa, fonón - lupulización asistida, Polarons y similares. Así, los dispositivos activos de la macroescala fueron descritos las décadas antes molecular-escalan unos., en 1974, el Juan McGinness y sus compañeros de trabajo describieron el " supuesto; primera demostración experimental de un device" electrónico molecular del funcionamiento;. Esto era un interruptor voltaje-controlado. Como su elemento activo, este dispositivo utilizó la melanina, un polímero mezclado oxidado de la DOPA Polyacetylene, Polypyrrole, y Polyaniline . El " ON" el estado de este interruptor exhibió conductividad casi metálica.

Desde los años 70, los científicos han desarrollado una panoplia entera de nuevos materiales y dispositivos. Estos resultados han abierto la puerta en la electrónica y la optoelectrónica plásticas, que están comenzando a encontrar el uso comercial.

Complejos de transferencia de carga

Los primeros compuestos orgánicos alto-conductores eran los complejos de transferencia de carga . En 1954, investigadores en los laboratorios de Bell y los complejos de transferencia de carga a otra parte divulgados con las resistencias de hasta sólo 8 ohmio-cm. En las comienzos de los años 70, las sales Tetrathiafulvalene fueron demostradas para exhibir conductividad casi metálica, mientras que la superconductividad fue demostrada en el an o 80. La investigación amplia sobre las sales de la transferencia de carga continúa hoy.

Polímeros que conducen

El " de la linear-espina dorsal; blacks" del polímero; (polyacetylene, polypyrrole, y polyaniline) y sus copolímeros son la clase principal de polímeros conductores. Históricamente, éstos se conocen como melaninas . En 1963 australians DE Weiss y compañeros de trabajo divulgó los negros oxidados yodo-dopados de Polypyrrole con las resistencias de hasta sólo 1 ohm/cm. Los papeles subsecuentes [http://www.au/nid/51/paper/CH9650487.htm] divulgaron las resistencias de hasta sólo 0. Con la excepción notable de los complejos de transferencia de carga (habían considerado algunos cuyo incluso son los superconductores, las moléculas orgánicas previamente los aisladores o en el mejor de los casos los semiconductores débil que conducían.

Durante una década más adelante en 1977, Shirakawa, Heeger, y MacDiarmid divulgaron alta conductividad equivalente en el algo semejantemente oxidado y yodo-dopado Polyacetylene . Recibieron más adelante el Premio Nobel 2000 Del en la química para el " El descubrimiento y el desarrollo del " conductor de los polímeros; . La citación Nobel no hizo ninguna referencia al trabajo anterior similar del y otros de Weiss. También ver las controversias del Premio Nobel Del .

C₆₀ y nanotubes del carbón

Del grafito a C₆₀

En los polímeros, las moléculas orgánicas clásicas se componen del carbón e hidrógeno (y los compuestos a veces adicionales tales como nitrógeno, clorina o sulfuro). Se obtienen de la gasolina y pueden synthethized a menudo en granes cantidades. La mayor parte de estas moléculas están aislando cuando su longitud excede algunos nanómetros. Sin embargo, el carbón natural está conduciendo. Particularmente, el grafito (recuperado del carbón o encontrado naturalmente) está conduciendo. Desde un punto de vista teórico, el grafito es un Semi-metal, metales de una categoría y semiconductores medios. Tiene una estructura acodada, cada hoja que es un átomo densamente. Entre cada hoja, las interacciones son bastante débiles permitir una hendidura manual fácil.

La adaptación de la hoja del grafito para obtener objetos nanómetro-clasificados bien definidos sigue siendo un desafío. Sin embargo, por el cierre del vigésimo siglo, los químicos exploraban métodos para fabricar los objetos grafíticos extremadamente pequeños que se podrían considerar las solas moléculas. Después de estudiar las condiciones interestelares bajo las cuales el carbón se sabe para formar racimos, grupo de s de Smalley Richard el '(universidad de arroz, Tejas) fijó un experimento en el cual el grafito fue vaporizado usar la irradiación del laser. La espectrometría total reveló que los racimos que contenían el " específico; numbers" mágico; de átomos eran estables, particularmente esos racimos de 60 átomos. Harry Kroto, químico inglés que asistió al experimento, sugerido una geometría posible para estos racimos - los átomos covalente limitan con la simetría exacta de un balón de fútbol. Los buckminsterfullerenes, los buckyballs o el acuñados C₆₀, los racimos conservaron algunas características del grafito, tales como conductividad. Estos objetos fueron previstos rápido como bloques huecos posibles para la electrónica molecular.

Nanotubes del carbón el del de

considera los nanotubes del carbón y el Fullerenes

Teoría de la electrónica molecular

La teoría de los solos dispositivos de la molécula es particularmente interesante puesto que el sistema considerado es un sistema de quántum abierto en el desequilibrio (conducido por el voltaje). En el régimen bajo del voltaje de polarización, la naturaleza del desequilibrio de la ensambladura molecular puede ser no hecha caso, y las características current-voltage del dispositivo se pueden calcular usar la estructura electrónica del equilibrio del sistema. Sin embargo, en regímenes diagonales más fuertes se requiere un tratamiento más sofisticado, pues hay no más un principio variado . En el caso elástico el hacer un túnel (donde no lo hace el electrón de paso energía de intercambio con el sistema), el formalismo Rolf Landauer se puede utilizar para calcular la transmisión a través del sistema en función de voltaje de polarización, y por lo tanto de la corriente. En hacer un túnel inelástico, un formalismo elegante basado en las funciones de Green del desequilibrio Leo Kadanoff y Gordon Baym, y por el Leonid Keldysh fue presentado independiente por el Ned Wingreen y el Yigal Meir . Esta formulación de Meir-Wingreen se ha utilizado al gran éxito en la comunidad molecular de la electrónica para examinar los casos más difíciles y más interesantes donde la energía de intercambios del electrón del transeúnte con el sistema molecular (por ejemplo con el acoplador electrón-fonón o excitaciones electrónicas).

Progreso reciente

El progreso reciente en la nanotecnología y el nanoscience ha facilitado estudio experimental y teórico de la electrónica molecular. Particularmente, el desarrollo del microscopio (STM) el hacer un túnel de la exploración y el microscopio atómico (AFM) de la fuerza ha facilitado más adelante la manipulación de la electrónica de la solo-molécula.

El primer divulgó extensamente que el resultado utilizaba un acercamiento mecánico de la ensambladura de la rotura para conectar dos electrodos del oro con un alambre molecular sulfuro-terminado por la caña de la marca y el viaje de James.

Una colaboración de investigadores en HP y UCLA, llevada por James Heath, Fraser Stoddart, R. Stanley Williams, y Philip Kuekes, ha desarrollado la electrónica molecular basada en el Rotaxanes y el Catenanes

El trabajo también se está haciendo en el uso de los nanotubes de un sólo recinto del carbón como transistores del efecto de campo. La mayor parte de este trabajo está siendo hecho por IBM .

El modelo de Aviram-Ratner para un rectificador molecular, que hasta hace poco tiempo era enteramente teórico, ha sido confirmado experimental e inequívoco en un número de experimentos por un grupo llevado por Geoffrey J. Ashwell en la universidad, Reino Unido de Cranfield., muchas moléculas de rectificación se ha identificado hasta ahora, y el número y la eficacia de estos sistemas se está ampliando rápido.

La electrónica supramolecular es un nuevo campo esa electrónica de los trastos en un nivel supramolecular .

Una edición importante en electrónica molecular es la determinación de la resistencia de una sola molécula (teórico y experimental). Por ejemplo, Bumm, y otros STM usado para analizar un solo interruptor molecular en un Uno mismo-montó la capa monomolecular para determinar cómo es conductor tal molécula puede ser. Otro problema hecho frente por este campo es la dificultad para realizar la caracterización directa puesto que la proyección de imagen en la escala molecular es a menudo difícil en muchos dispositivos experimentales.

Ver también

imán de la Solo-molécula
Stereoelectronics
Semiconductores orgánicos
Polímeros conductores

Lectura adicional

Para la historia del campo, ver las referencias siguientes: Kwok, K. “Moletronics: materiales hoy 2002, volumen 5 de la electrónica futura los”, paginan 28-37.
Cassoux, metales moleculares del P. “: Permaneciendo neutral para volumen 291, páginas de la ciencia 2001 de la ciencia de un cambio” 263-264. ** " Una descripción del primer medio siglo de Electronics" molecular; por el silencio de Noel S. 1006: 1-20 (2003) y
Bendikov, M; Wudl, F; Perepichka, D. “Tetrathiafulvalenes, Oligoacenenes, y sus derivados de Buckminsterfullerene: El ladrillo y el mortero revisiones 2004, volumen 104, 4891-4945 del producto químico de la electrónica orgánica”.

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