Современная электроника №8/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 13 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2023 ного выпрямления . Нужно отметить , что это было одним из критериев отбо - ра выпрямителей с двухэлементными молекулами . Дополнительное увеличение произ - водительности выпрямителей такого типа может быть достигнуто за счёт использования асимметрии электрон - ной связи молекулы с электродами . В работе [26] приведены результаты модельных расчётов молекулярного выпрямителя с четырьмя последова - тельными элементами аналогично рас - смотренной выше конструкции с двумя элементами . В расчётах , выполненных DFT- методом , использовалась схема , в которой при нулевом смещении четы - ре элемента имеют энергетические уровни , расположенные « лесенкой » в порядке возрастания (e1 > e2 > e3 > e4). Поскольку все элементы обладают раз - ной энергией , перенос заряда через такую цепочку крайне мал . При увели - чении смещения напряжение частично падает внутри молекул . Дополнитель - ное падение напряжения происходит на крайних молекулах за счёт введён - ной асимметрии между молекулой и якорными соединениями с выводны - ми электродами . Постепенно энерге - тические уровни между отдельными элементами выравниваются , созда - вая наиболее благоприятные усло - вия переноса заряда « по прямой », без необходимости преодолевать « ступень - ки энергетической лесенки ». В этот момент наступает резонанс проводи - мости , при котором расчётные зна - чения коэффициента проводимости могут теоретически достигать интер - вала 100 000–10 000 000. Авторы также проанализировали возможные варианты молекул , кото - рые могли бы содержать такие после - довательно соединённые элементы . Именно такого типа молекулы пока ещё не синтезированы . Однако их основу могут составлять гексановые группы , содержащие двойные свя - зи C-C, за которыми следуют четы - ре насыщенные группы CH 2 (C-C double bond followed by four saturated CH 2 groups). Эти соединения были обнаружены в натуральных про - дуктах , таких , например , как фуль - винолы (fulvinols). Более короткие повторяющиеся звенья с меньшим количеством насыщенных атомов углерода широко распространены в нескольких классах натуральных про - дуктов , включая терпены , липиды и витамины ( например , витамин К ). Большинство этих продуктов было синтезировано несколькими путями , множество примеров которых можно найти в открытых публикациях . В настоящее время исследуются различные варианты конструкций молекулярных диодов , разрабатывае - мые на базе самых разных молекул и кластеров . Так , например , китайские физики из Нанкинского универси - тета в своей конструкции одномоле - кулярного устройства использовали кластер [Au 25 (PPh 3 ) 10 (SC 2 H 4 Ph) 5 Cl 2 ] 2+ (Au 25 -R) [27]. Возвращаясь к вопросу о названиях , любопытно отметить , что своё устрой - ство с третьим управляющим электро - дом авторы назвали «single-molecule tidal diode». Термин «tidal diode» придуман самими учёными только потому , что одна из полученных зави - симостей тока через молекулу от при - ложенного напряжения напоминала приливную волну . На рис . 9 а показан процесс перено - са заряда через рабочую молекулу для различных уровней энергии молекулы и уровней Ферми левого (L) и право - го (R) электродов ( Ѓ L , Ѓ R ), а также при - ложенного напряжения смещения V sd . При отсутствии смещения энергетиче - ские уровни молекулы находятся выше уровня энергии Ферми . Они смеща - ются вниз или вверх , в соответствии с уровнями Ферми электродов , изменя - ющихся в зависимости от положитель - ного или отрицательного напряжения сдвига . При отрицательном смещении энергетический уровень молекулы лег - че выравнивается с уровнем Ферми правого электрода , что вызывает резо - нанс процесса туннелирования и ска - чок тока . Однако при положительных значениях приложенного напряжения уровень Ферми левого электрода рас - положен ниже энергетического уров - ня молекулы , что обусловливает малые значения тока . Ситуация меняется на противоположную , когда энергетиче - ский потенциал молекулы опускается с помощью смещения ниже уровня Фер - ми электрода ( рис . 9b). В результате проведённых экспе - риментов и расчётов , выполненных с помощью модели резонансного тун - нелирования Ландауэра (Landauer asymmetric coupling model), были полу - чены зависимости тока через молекулу от напряжения смещения для диапа - зона криогенных температур 2 К –60 К . Наибольший интерес представляет резонансная область этих характери - стик . В частности , было установлено , что в районе резонансного пика для Рис . 8. Принцип работы одномолекулярного диода Delft University: a) структурамолекулы DPE-2F; b) энергетические уровнимолекулы ; c) зависимостьтока через молекулу от напряжения смещения (bias) сопряжённый не сопряжённый выход электрона Смещение = 0 В Смещение = V p 2- элементная модель DFT+NEGF Напряжение смещения ( В ) Ток Смещение = –V p Перенос заблокирован Резонансный перенос Перенос заблокирован