Современная электроника №8/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2023 Одномолекулярные аналоги электронных компонентов Часть 2. Одномолекулярные аналоги классических электронных компонентов Экспериментальные и теоретические исследования , проведённые в ведущих научных центрах мира за последние десятилетия , показали , что механизм переноса зарядов через отдельные органические молекулы существенно отличается от транспорта электронов в традиционных кристаллических полупроводниках . Результаты этих работ показали , что модель прохождения заряда через единичную молекулу определяется многими параметрами , такими , например , как структура рабочей молекулы , конструкция одномолекулярного устройства , величины приложенного напряжения и напряжения смещения , температура , давление , влажность , внешнее электромагнитное поле . Полученные экспериментальные зависимости напоминали характеристики традиционных полупроводниковых компонентов . Поэтому авторы экспериментов называли свои конструкции по аналогии с классической электротехникой : то одноэлектронный транзистор , то одноэлектронный выпрямитель , то одноэлектронный диод и т . д . В настоящее время нет ни устоявшихся названий , ни каких - либо стандартов для этих устройств . Поэтому у специалистов могут возникнуть вопросы по поводу терминов , употребляемых в этой статье . Эти претензии вполне справедливы , и автор с ними согласен . Именно поэтому в статье вместо слов «single molecule transistor» и «single molecule recti fi er» употребляется более общий термин «single molecule device» – SMD. Виктор Алексеев Одноэлектронные аналоги молекулярных резисторов и переключателей Теоретические и лабораторные исследования возможностей исполь - зования проводимости органических молекул для создания одномолекуляр - ных полупроводниковых устройств были начаты почти пятьдесят лет назад . За прошедшие с тех пор годы были разработаны теоретические модели и технологии изготовления элементов молекулярной электроники , которые послужили основой создания целого ряда реально функционирующих лабо - раторных образцов одноэлектронных молекулярных компонентов . Серьёзным достижением , имеющим практическое значение , стало откры - тие эффекта скачкообразного измене - ния проводимости молекул . Одно из первых описаний этого явле - ния приведено в работе [1], в которой исследовались закономерности само - произвольного скачкообразного пере - ключения во времени проводимости одиночных и связанных фениленэти - ниленовых олигомеров , выделенных в матрицах алкантиолатных моносло - ев . Было установлено , что период само - произвольного резкого изменения про - водимости может меняться от секунд до десятков часов . Для случаев хорошо упорядоченных несущих матриц ско - рость переключения встроенных моле - кул была небольшой . В то же время , когда окружающая матрица была сла - бо упорядочена , встроенные молекулы переключались чаще . Такой вид неу - правляемых самопроизвольных пере - ключений получил название «stochastic switching» – SS. В качестве возможно - го источника таких скачков проводи - мости авторы предложили гипотезу вероятных конформационных измене - ний встроенных молекул . Этот эффект вызвал большой интерес к проблеме , и многие исследователи попытались изучить его более детально . Всесторонние тщательные иссле - дования показали , что наряду со слу - чайными стохастическими переключе - ниями отдельные типы органических молекул могут переключаться прину - дительно под воздействием внешних факторов . Так , например , авторы рабо - ты [2] описали переключение прово - димости определённых органических молекул , которое запускалось напря - жением . Этот эффект получил назва - ние «voltage-triggered switching» – VTS. В работе были задействованы методы сканирующей туннельной микроско - пии (scanning tunnelling microscopy – STM), переход с перекрёстными прово - дниками (crossed wire junction – CWJ) и магнитный каплевидный переход (magnetic bead junction – MBJ). Эти методы были описаны в первой части статьи . В качестве мишени исполь - зовались изолированные молекулы бипиридил - динитроолигофениле - нэтинилендитиола (bipyridyl-dinitro oligophenyleneethynylene dithiol – BPDN). Результаты многочисленных изме - рений , проведённых с использовани - ем разных методик , показали , что этот эффект действительно является вну - тренним молекулярным явлением , присущим молекуле , и не зависит от экспериментального метода . Также было установлено , что пере - ключение , запускаемое напряжением (VTS), явно отличается от стохастиче - ского переключения (SS), которое , по существу , является переходным про - цессом , не зависящим от приложенно - го напряжения . На рис . 1 показана типичная зависи - мость тока от приложенного к молеку - ле BPDN напряжения при использова - нии методики STM. В этом эксперименте туннельный ток измеряется при увеличении напря - жения смещения в диапазоне от 0 до 2 В ( синяя кривая ), а затем при умень - шении в обратную сторону до 0 В при выключенной обратной связи ( крас -