Новости: Технологии

В молекулярной электронике (нанобиоэлектронике) в качестве элементной базы используются молекулы (ДНК, РНК, белки, полимеры...). На их основе могут быть созданы нанодиоды, нанотранзисторы, логические элементы и другие компоненты молекулярной электроники. Кроме проблемы выбора молекул для элементной базы перед учеными стоит задача создания контактов между элементами, а также создания контакта металл-молекула, что непросто ввиду малости размеров молекул, а также специфики молекулярного строения. Одна из трудностей состоит в том, что минимальная толщина контакта, которую можно достичь с помощью современной литографии (22 нм), не соизмерима с размерами молекулы (1 нм), а значит, затрудняет контроль над протеканием тока в молекуле, так как рельеф контакта неровный и предсказать, как будет вести себя молекула в том или ином случае, сложно (рис.1 слева).

Коллектив ученых из Франции, Испании и Германии с помощью сканирующей туннельной микроскопии исследовал эффективность переноса носителей заряда молекулой фуллерена С60 на медном контакте - сформированном методами СТМ кластере (рис.1 справа). Было исследовано влияние геометрии этого контакта на величину проводимости фуллерена, который можно использовать, например, в качестве "посредника" при соединении других молекул с металлическим контактом в устройствах молекулярной электроники. Результаты своих исследований они представили в журнале Nature Nanotechnology.

Для определения влияния геометрии контакта на электропроводность молекулы с помощью СТМ на медной подложке с ориентацией плоскостей кристаллической решетки (111) из атомов меди были сформированы кластеры разных размеров (и соответственно разной формы, см.рис.7). На рис.2а представлено СТМ изображение медных кластеров Cu_N, состоящих из N атомов, где N=1,...,4. Затем на острие зонда прикрепили молекулу фуллерена С60. На рис.2b показаны СТМ изображения, полученные в результате протекания туннельного тока через кластеры и острие зонда с молекулой С60. Изображения с тройной симметрией свидетельствуют о том, что при протекании тока молекула С60 повернута к поверхности подложки одной из своих шестиугольных граней. Результаты исследования представлены на графике на рис.4. Оказалось, что лучше всего фуллерен проводит ток, если в кластере пять атомов меди (см.рис.4,5). При этом проводимость в отсутствие кластеров принимала беспорядочные значения от G₀ до 1,6G₀, что объясняется беспорядочным характером рельефа медной подложки (рис.1а).

Для наглядности ученые смоделировали электронную структуру исследуемого контакта рис.6. Были рассмотрены два случая, когда расстояние между контактами (на самом деле, атомами во втором ряду) равнялось 17,2 Å и 18,0 Å. В данном случае при расчете под контактом понимался массив атомов меди 4х4, т.е. 16 атомов меди, расположенных в узлах кристаллической решетки. На рис.7 показаны возможные варианты взаимного расположения атомов подложки, кластера и молекулы фуллерена. Интересно, что при сближении контактов на 80 нм происходит перегруппировка кластера из трех атомов меди (см.рис.3f,g), это объясняется тем, что с уменьшением расстояния усиливается влияние атомов контактов на атомы подложки и линейно расположенные атомы кластера перестраиваются в более компактную структуру (на рис.3f,g - тройная)
Ученые считают, что молекула С60 отлично подходит для соединения металлических электродов с большими органическими молекулами в устройствах молекулярной электроники.