Retificador unimolecular - Unimolecular rectifier

O hidrogénio pode ser removido a partir de individuais H 2 TPP moléculas através da aplicação de tensão em excesso para a ponta de um microscópio de varrimento de encapsulamento (Stam um); esta remoção altera as curvas de corrente-voltagem (IV) das moléculas de TPP, medidas usando a mesma ponta STM, de semelhante a um diodo (curva vermelha em b) para semelhante a um resistor (curva verde). Imagem (c) mostra uma linha de TPP, H 2 moléculas de TPP e TPP. Durante a varredura da imagem (d), o excesso de voltagem foi aplicado ao H 2 TPP no ponto preto, que removeu instantaneamente o hidrogênio, conforme mostrado na parte inferior de (d) e na imagem de nova varredura (e).

Um retificador unimolecular é uma única molécula orgânica que funciona como um retificador ( condutor unilateral ) da corrente elétrica . A ideia foi proposta pela primeira vez em 1974 por Arieh (mais tarde Ari) Aviram, então na IBM , e Mark Ratner , então na Universidade de Nova York . Sua publicação foi a primeira proposta teórica séria e concreta no novo campo da eletrônica molecular (UE). Com base no efeito mesomérico de certos compostos químicos em moléculas orgânicas, um retificador molecular foi construído simulando a junção pn com a ajuda de compostos químicos.

Sua molécula retificadora proposta foi projetada para que a condução elétrica dentro dela fosse favorecida da subunidade ou porção rica em elétrons (doador de elétrons) para uma porção pobre em elétrons (aceitador de elétrons), mas desfavorecida (por vários elétron-volts ) na direção reversa .


Pesquisa

Muitas moléculas retificadoras potenciais foram estudadas pelos grupos de Robert Melville Metzger, Charles A. Panetta e Daniell L. Mattern ( University of Mississippi ) entre 1981 e 1991, mas não foram testadas com sucesso quanto à condutividade.

Esta proposta foi verificada em dois artigos em 1990 e 1993 pelos grupos de John Roy Sambles ( University of Exeter , Reino Unido ) e Geoffrey Joseph Ashwell ( Cranfield University agora na Lancaster University , Reino Unido), usando uma monocamada de tricianoquinodimetanídeo hexadecilquinolínio intercalado entre diferentes eletrodos de metal ( magnésio e platina ) e depois confirmados em três artigos em 1997 e 2001 por Metzger (agora na Universidade do Alabama ) e colegas de trabalho, que usaram metais idênticos (primeiro alumínio , depois ouro ).

Esses artigos usam monocamadas de Langmuir-Blodgett (uma molécula de espessura) com uma estimativa de 10 14 a 10 15 moléculas medidas em paralelo. Cerca de nove retificadores semelhantes de estrutura amplamente diferente foram encontrados pelo grupo de Metzger entre 1997 e 2006. Alguns retificadores orgânicos à base de perileno com rabos de andorinha de PEG ( polietilenoglicol ) foram sintetizados no laboratório de Mattern por Ramakrishna Samudrala. Esses retificadores permitiriam que a retificação fosse medida com flexibilidade.

Moléculas únicas ligadas covalentemente ao ouro foram estudadas por espectroscopia de tunelamento de varredura e algumas delas são retificadores unimoleculares, estudados como moléculas únicas, como mostrado pelos grupos de Luping Yu ( Universidade de Chicago ) e Ashwell (mais tarde na Universidade de Lancaster , Reino Unido ).

Objetivos

A ideia motriz na UE (também chamada de eletrônica em escala molecular) é que moléculas "eletroativas" adequadamente projetadas, entre 1 e 3  nm de comprimento, podem suplantar dispositivos baseados em silício para reduzir os tamanhos dos componentes do circuito , proporcionando aumento concomitante no circuito integrado máximo velocidades. No entanto, a amplificação não havia sido realizada em 2012, e as interações químicas entre eletrodos de metal e moléculas são complexas.

Referências