Un equipo de físicos del Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik PDI y la Freie Universität Berlin FUB, Alemania, los Laboratorios de Investigación Básica NTT NTT-BRL, Japón y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. NRL, Estados Unidos, ha utilizado un microscopio de túnel de barrido para crear un transistor diminuto que consta de una sola molécula y un pequeño número de átomos. La acción observada del transistor es notablemente diferente del comportamiento convencionalmente esperado y también podría ser importante para futuras tecnologías de dispositivos.en cuanto a los estudios fundamentales del transporte de electrones en nanoestructuras moleculares. Los resultados completos se publican en la edición de agosto de 2015 de la revista Física de la naturaleza.
Los transistores tienen una región de canal entre dos contactos externos y un electrodo de compuerta eléctrica para modular el flujo de corriente a través del canal. En los transistores de escala atómica, esta corriente es extremadamente sensible al salto de electrones individuales a través de niveles de energía discretos. Transporte de electrones individuales enLos transistores moleculares se han estudiado previamente utilizando enfoques de arriba hacia abajo, como la litografía y las uniones de ruptura, pero el control atómicamente preciso de la puerta, que es crucial para la acción del transistor en las escalas de tamaño más pequeño, no es posible con estos enfoques.
El equipo utilizó un microscopio de túnel de exploración STM altamente estable para crear un transistor que consiste en una sola molécula orgánica y átomos de metal con carga positiva, posicionándolos con la punta de STM en la superficie de un cristal de arseniuro de indio InAs. Kiyoshi Kanisawa, un físico de NTT-BRL, utilizó la técnica de crecimiento de la epitaxia del haz molecular para preparar esta superficie. Posteriormente, el enfoque STM permitió a los investigadores, primero, ensamblar puertas eléctricas de los átomos cargados +1 con precisión atómica y, luego,coloque la molécula en varias posiciones deseadas cerca de las puertas. Stefan Fölsch, físico en el PDI que dirigió el equipo, explicó que "la molécula está unida débilmente a la plantilla InAs. Entonces, cuando acercamos la punta del STM muy cerca dela molécula y aplica un voltaje de polarización a la unión punta-muestra, los electrones individuales pueden hacer un túnel entre la plantilla y la punta saltando a través de orbitales moleculares casi no perturbados, similar al principio de funcionamiento de un punto cuántico controlado por unn electrodo externo.En nuestro caso, los átomos cargados cercanos proporcionan el potencial de puerta electrostática que regula el flujo de electrones y el estado de carga de la molécula ".
Pero hay una diferencia sustancial entre un punto cuántico semiconductor convencional, que comprende típicamente cientos o miles de átomos, y el caso actual de una molécula unida a la superficie: Steven Erwin, físico de NRL y experto en teoría de densidad funcional, señaló que "la molécula adopta diferentes orientaciones de rotación, dependiendo de su estado de carga. Predecimos esto en base a cálculos de primeros principios y lo confirmamos mediante la imagen de la molécula con el STM". Este acoplamiento entre carga y orientación tiene un efecto dramático enPiet Brouwer, físico de FUB y experto en teoría del transporte cuántico, dijo que "este comportamiento intrigante va más allá de la imagen establecida del transporte de carga a través de un cuántico cerrado".punto. En cambio, desarrollamos un modelo genérico que da cuenta de la dinámica electrónica y de orientación acoplada de la molécula ". Esto es simple y físicoUn modelo transparente reproduce por completo las características de transistores de molécula única observadas experimentalmente.
La perfección y reproducibilidad que ofrecen estos transistores generados por STM permitirán la exploración de procesos elementales que involucran el flujo de corriente a través de moléculas individuales en un nivel fundamental. Comprender y controlar estos procesos, y los nuevos tipos de comportamiento a los que pueden conducir,- será importante para integrar dispositivos basados en moléculas con tecnologías de semiconductores existentes.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin eV FVB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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