Thư viện Nguồn Tin KH&CN Tài nguyên là trí thức
Bài viết liên quan
Dây đơn phân tử dài 2,6nm có đặc tính bán kim loại và cho thấy độ dẫn điện tăng lên bất thường khi chiều dài dây tăng lên; độ dẫn điện tuyệt vời của nó hứa hẹn rất nhiều cho lĩnh vực điện tử phân tử.
Hình minh họa
Các nhà nghiên cứu hôm nay công bố rằng họ đã chế tạo được một dây nano dài 2,6 nanomet, cho thấy độ dẫn điện tăng lên bất thường khi chiều dài dây tăng lên và có các đặc tính gần như kim loại. Độ dẫn điện tuyệt vời của nó hứa hẹn rất nhiều cho lĩnh vực điện tử phân tử, cho phép các thiết bị điện tử trở nên nhỏ hơn nữa.
Khi các thiết bị của chúng ta ngày càng nhỏ hơn, việc sử dụng các phân tử làm thành phần chính trong mạch điện tử ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Trong 10 năm qua, các nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng các phân tử đơn lẻ làm dây dẫn điện vì quy mô nhỏ, các đặc tính điện tử khác biệt và khả năng thu hồi cao. Nhưng trong hầu hết các dây phân tử, khi chiều dài của dây tăng lên, hiệu suất mà các điện tử được truyền qua dây sẽ giảm theo cấp số nhân. – mà thực sự dẫn điện tốt.
Các nhà nghiên cứu Columbia hôm nay thông báo rằng họ đã chế tạo được một dây nano dài 2,6 nanomet, cho thấy độ dẫn điện tăng lên bất thường khi chiều dài dây tăng lên và có các đặc tính gần như kim loại. Độ dẫn điện tuyệt vời của nó hứa hẹn rất nhiều cho lĩnh vực điện tử phân tử, cho phép các thiết bị điện tử trở nên nhỏ hơn nữa. Nghiên cứu được công bố hôm nay trên tạp chí Nature Chemistry .
Thiết kế dây phân tử
Nhóm các nhà nghiên cứu từ Columbia Engineering và khoa hóa học của Columbia, cùng với các nhà lý thuyết từ Đức và các nhà hóa học tổng hợp ở Trung Quốc, đã khám phá các thiết kế dây phân tử có thể hỗ trợ các điện tử chưa ghép đôi ở hai đầu, vì những dây như vậy sẽ tạo thành các chất tương tự một chiều với chất cách điện tôpô ( TI) dẫn điện cao qua các cạnh của chúng nhưng cách điện ở tâm.
Trong khi TI 1D đơn giản nhất chỉ được tạo ra từ các nguyên tử cacbon nơi các nguyên tử cacbon ở đầu cuối hỗ trợ các trạng thái gốc – các điện tử chưa ghép đôi, các phân tử này nói chung rất không ổn định. Carbon không thích có các electron chưa ghép đôi. Thay thế các nguyên tử cacbon tận cùng, nơi chứa các gốc, bằng nitơ làm tăng tính ổn định của các phân tử. Latha Venkataraman, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, Latha Venkataraman, Giáo sư Vật lý Ứng dụng và Giáo sư Hóa học, cho biết: “Điều này làm cho các TI 1D được tạo ra bằng chuỗi cacbon nhưng được kết thúc bằng nitơ ổn định hơn nhiều và chúng tôi có thể làm việc với chúng ở nhiệt độ phòng trong điều kiện môi trường xung quanh.
Phá vỡ quy tắc giảm dần theo cấp số nhân
Thông qua sự kết hợp giữa thiết kế hóa học và các thí nghiệm, nhóm đã tạo ra một loạt các TI một chiều và phá vỡ thành công quy tắc phân rã theo cấp số nhân, một công thức cho quá trình một đại lượng giảm với tốc độ tỷ lệ với giá trị hiện tại của nó. Sử dụng hai trạng thái cạnh gốc, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một con đường dẫn điện cao xuyên qua các phân tử và đạt được “sự phân rã độ dẫn đảo ngược”, tức là một hệ thống cho thấy độ dẫn điện tăng lên khi chiều dài dây dẫn tăng lên.
Venkataraman cho biết: “Điều thực sự thú vị là dây dẫn của chúng tôi có độ dẫn tương tự như độ dẫn của điểm tiếp xúc kim loại-kim loại vàng, cho thấy rằng bản thân phân tử thể hiện các đặc tính bán kim loại,” Venkataraman nói. “Công trình này chứng minh rằng các phân tử hữu cơ có thể hoạt động giống như kim loại ở cấp độ đơn phân tử, trái ngược với những gì đã được thực hiện trong quá khứ, nơi chúng chủ yếu dẫn điện yếu.”
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế và tổng hợp một chuỗi phân tử bis (triarylamine), thể hiện các đặc tính của TI một chiều bằng quá trình oxy hóa hóa học. Họ thực hiện các phép đo độ dẫn điện của các điểm nối đơn phân tử nơi các phân tử được kết nối với cả điện cực nguồn và điện cực xả. Thông qua các phép đo, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phân tử dài hơn có độ dẫn cao hơn, hoạt động cho đến khi sợi dây dài hơn 2,5 nanomet, có đường kính bằng một sợi DNA của con người.
Đặt nền tảng cho những tiến bộ công nghệ hơn trong điện tử phân tử
Liang Li, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Phòng thí nghiệm Venkataraman luôn tìm cách tìm hiểu sự tương tác giữa vật lý, hóa học và kỹ thuật của các thiết bị điện tử đơn phân tử. “Vì vậy, việc tạo ra những sợi dây đặc biệt này sẽ đặt nền tảng cho những tiến bộ khoa học lớn trong việc tìm hiểu sự vận chuyển thông qua các hệ thống mới lạ này. Chúng tôi rất vui mừng về những phát hiện của mình vì chúng làm sáng tỏ không chỉ về vật lý cơ bản mà còn về các ứng dụng tiềm năng trong tương lai.”
Nhóm hiện đang phát triển các thiết kế mới để chế tạo các dây dẫn phân tử thậm chí còn dài hơn và vẫn dẫn điện cao.
Phạm Vương (sciencedaily)
