Развитие различных электронных устройств на основе единичных молекул требует полного понимания того, как происходит транспорт носителей заряда вдоль отдельных молекулярных «проводов». На первый взгляд кажется, что всё просто: надо взять молекулу, «положить» ее между двумя электродами и померить ток при различных напряжениях. В действительности это достаточно сложная задача со множеством подводных камней, поскольку на электронную проводимость влияют самые различные факторы, в том числе длина молекулярного контакта и состав полимерной молекулы.
В работе, опубликованной недавно в Science, группа европейских учёных предложила использовать иглу СТМ-зонда в качестве электрода-манипулятора для измерения проводимости единичной полимерной молекулы. Предварительно на подложке атомарно гладкого Au (111) с помощью реакции полимеризации при нагревании до высоких температур были сформированы полимерные цепочки из дибромтрифлуорена – DBTF(рис.1). Далее такая полимерная цепочка «подцеплялась» с помощью иглы СТМ-зонда, и проводились измерения тока в зависимости от удалённости иглы от поверхности подложки (рис.2). После этоо были проведены теоретические расчёты, учитывающие механические деформации молекулы. Полученные данные практически полностью совпали с экспериментальными (рис.3). Авторам удалось также поднять полимерную цепочку из горизонтального в вертикальное положение (рис.4) и измерить проводимость молекулярного провода, несмотря на множество неудачных попыток. Полученная таким образом проводимость единичной молекулы составила 8,6*10-13 См при длине такого провода 20 нм.
Учёные надеются, что исследование контактов "металл – полимерная молекула с узкой запрещённой зоной (т.е. малым зазором между HOMO и LUMO) – металл" позволит в скором времени добиться более высокой проводимости молекулярного контакта и одновременно увеличить «дальность» прохождения тока вдоль молекулы.
