Molekulare Elektronik, manchmal genannt moletronics, ist mit der Studie und Anwendung molekularer Bausteine für die Herstellung von elektronischen Bestandteilen verbunden. Das schließt beide Hauptteil-Anwendungen leitender Polymer sowie einzelnen Moleküls elektronische Bestandteile für die Nanotechnologie ein.

Eine zwischendisziplinarische Verfolgung, molekulare Elektronik misst Physik, Chemie und Material-Wissenschaft ab. Die Vereinheitlichen-Eigenschaft ist der Gebrauch von molekularen Bausteinen für die Herstellung von elektronischen Bestandteilen. Das schließt beide passiv (z.B widerspenstige Leitungen) und aktive Bestandteile wie Transistoren und Schalter der molekularen Skala ein. Wegen der Aussicht der Größe-Verminderung der durch die Kontrolle des molekularen Niveaus von Eigenschaften angebotenen Elektronik hat molekulare Elektronik viel Aufregung sowohl in der Sciencefiction als auch unter Wissenschaftlern aufgeweckt. Molekulare Elektronik stellt Potenzial-Mittel zur Verfügung sich auszustrecken das Gesetz von Moore außer den vorausgesehenen Grenzen von kleinem herkömmlichem Silikon hat Stromkreise integriert.

Molekulare Elektronik umfasst zwei zusammenhängende, aber getrennte Subdisziplinen: Molekulare Materialien für die Elektronik verwerten die Eigenschaften der Moleküle, die Hauptteil-Eigenschaften eines Materials zu betreffen, während sich molekulare Skala-Elektronik auf Anwendungen des einzelnen Moleküls konzentriert.

Molekulare Skala-Elektronik

Molekulare Skala-Elektronik, auch genannt einzelne Molekül-Elektronik, ist ein Zweig der Nanotechnologie, die einzelne Moleküle oder nanoscale Sammlungen von einzelnen Molekülen als elektronische Bestandteile verwendet. Weil einzelne Moleküle die kleinsten stabilen vorstellbaren Strukturen einsetzen, ist diese Miniaturisierung die äußerste Absicht, um elektrische Stromkreise zusammenschrumpfen zu lassen.

Herkömmliche Elektronik ist von Schüttgütern traditionell gemacht worden. Mit der Hauptteil-Annäherung, die innewohnende Beschränkungen zusätzlich zum Werden immer anspruchsvoller und teuer hat, ist die Idee geboren gewesen, dass der compnents stattdessen Atom für das Atom in einem Chemie-Laboratorium (von unten nach oben) im Vergleich mit dem Schnitzen von ihnen aus dem Schüttgut (Spitze unten) aufgebaut werden konnte. In der einzelnen Molekül-Elektronik wird das Schüttgut durch einzelne Moleküle ersetzt. D. h. anstatt Strukturen durch das Entfernen oder die Verwendung des Materials nach einem Muster-Schafott zu schaffen, werden die Atome in einem Chemie-Laboratorium zusammengestellt. Die verwerteten Moleküle haben Eigenschaften, die traditionellen elektronischen Bestandteilen wie eine Leitung, Transistor oder Berichtiger ähneln.

Einzelne Molekül-Elektronik ist ein erscheinendes Feld, und komplette elektronische Stromkreise, die exklusiv aus molekularen großen Zusammensetzungen bestehen, sind noch davon sehr weit, begriffen zu werden. Jedoch, die dauernde Nachfrage nach der mehr rechnenden Macht zusammen mit den innewohnenden Beschränkungen der gegenwärtigen Steindruckmethoden lassen den Übergang unvermeidlich scheinen. Zurzeit ist der Fokus auf dem Entdecken von Molekülen mit interessanten Eigenschaften und bei der Entdeckung von Wegen zum Erreichen zuverlässiger und reproduzierbarer Kontakte zwischen den molekularen Bestandteilen und dem Schüttgut der Elektroden.

Molekulare Elektronik bedient im Quant-Bereich von Entfernungen weniger als 100 Nanometer. Die Miniaturisierung unten zu einzelnen Molekülen bringt die Skala zu einem Regime herunter, wo Quant-Effekten wichtig sind. Im Vergleich mit dem Fall in herkömmlichen elektronischen Bestandteilen, wo Elektronen ausgefüllt oder mehr oder weniger wie ein dauernder Fluss der Anklage herausgezogen werden können, verändert die Übertragung eines einzelnen Elektrons das System bedeutsam. Der bedeutende Betrag der Energie wegen der Aufladung muss in Betracht gezogen werden, wenn man Berechnungen über die elektronischen Eigenschaften der Einstellung macht, und ist zu Entfernungen zum Leiten von Oberflächen in der Nähe hoch empfindlich.

Eines der größten Probleme mit dem Messen auf einzelnen Molekülen soll reproduzierbares elektrisches Kontakt mit nur einem Molekül und dem Tun so ohne abgekürzten die Elektroden aufnehmen. Weil die aktuelle Photosteindrucktechnologie unfähig ist, Elektrode-Lücken zu erzeugen, die klein genug sind, um sich mit beiden Enden der geprüften Moleküle in Verbindung zu setzen (in der Ordnung von Nanometern), werden alternative Strategien in den Gebrauch gestellt. Diese schließen molekular-große Lücken genannt Brechungsverbindungspunkte ein, in denen eine dünne Elektrode gestreckt wird, bis sie bricht. Eine andere Methode ist, den Tipp einer Abtastung tunneling Mikroskops (STM) zu verwenden, um sich mit Molekülen in Verbindung zu setzen, die am anderen Ende zu einem Metallsubstrat geklebt sind. Eine andere populäre Weise, Moleküle zu den Elektroden zu verankern, soll von der hohen Sympathie des Schwefels zu Gold Gebrauch machen; obwohl nützlich, ist das Befestigen nichtspezifisch und verankert so die Moleküle zufällig zu allen Goldoberflächen, und der Kontakt-Widerstand ist von der genauen Atomgeometrie um die Seite des Befestigens hoch abhängig und bringt dadurch von Natur aus die Reproduzierbarkeit der Verbindung in Verlegenheit. Um das letzte Problem zu überlisten, haben Experimente gezeigt, dass fullerenes ein guter Kandidat für den Gebrauch statt des Schwefels wegen des großen konjugierten π-system sein konnte, der sich mit noch vielen Atomen sofort elektrisch in Verbindung setzen kann als ein einzelnes Atom des Schwefels.

Eine der größten Hindernisse für die einzelne gewerblich auszunutzende Molekül-Elektronik ist der Mangel an Techniken, um einen molekularen großen Stromkreis zu verbinden, um Elektroden in einem Weg aufzustapeln, der reproduzierbare Ergebnisse gibt. Auch problematisch ist die Tatsache, dass einige Maße auf einzelnen Molekülen in kälteerzeugenden Temperaturen ausgeführt werden (in der Nähe von der absoluten Null), der sehr das Energieverbrauchen ist.

Molekulare Materialien für die Elektronik

Molekulare Materialien für die Elektronik sind ein Begriff, der gebraucht ist, um sich zu beziehen, um Anwendungen leitender Polymer aufzustapeln. Leitende Polymer oder genauer wirklich Polymer (ICPs) führend, sind organische Polymer, die Elektrizität in ihrem Hauptteil-Staat führen. Solche Zusammensetzungen können metallisches Leitvermögen haben oder können Halbleiter sein. Der größte Vorteil von leitenden Polymern ist ihr processability hauptsächlich durch die Streuung. Leitende Polymer sind nicht Plastik, d. h. sie sind nicht thermoformable, aber sie sind organische Polymer, wie (das Isolieren) von Polymern. Sie können hohes elektrisches Leitvermögen anbieten, aber zeigen mechanische Eigenschaften nicht, wie andere gewerblich verwendete Polymer tun. Die elektrischen Eigenschaften können mit den Methoden der organischen Synthese und durch fortgeschrittene Streuungstechniken fein abgestimmt werden.

Das geradlinige Rückgrat "Polymer-Schwarze" (Polyacetylen, polypyrrole, und Polyanilin) und ihre Copolymerisate ist die Hauptklasse von leitenden Polymern. Historisch sind diese als melanins bekannt. PPV und seine auflösbaren Ableitungen sind als der archetypische electroluminescent das Halbleiten von Polymern ähnlich erschienen. Heute, poly (3-alkylthiophenes) sind die archetypischen Materialien für Sonnenzellen und Transistoren.

Führende Polymer haben Rückgrat von gekreuzten Kohlenstoff-Zentren des aneinander grenzenden sp. Ein Wertigkeitselektron auf jedem Zentrum wohnt in einem p Augenhöhlen-, der zu den anderen drei Sigma-Obligationen orthogonal ist. Die Elektronen in diesen delocalized orbitals haben hohe Beweglichkeit, wenn das Material durch die Oxydation "lackiert" wird, die einige dieser delocalized Elektronen entfernt. So bilden die konjugierten p-orbitals ein eindimensionales elektronisches Band, und die Elektronen innerhalb dieses Bandes werden beweglich, wenn es teilweise entleert wird. Trotz der intensiven Forschung, der Beziehung zwischen der Morphologie, der Kettenstruktur und dem Leitvermögen wird noch schlecht verstanden.

Wegen ihres schlechten processability genießen leitende Polymer wenige groß angelegte Anwendungen. Sie haben etwas Versprechung in antistatischen Materialien, und sie sind in kommerzielle Displays und Batterien vereinigt worden, aber dort haben Beschränkungen wegen der Produktionskosten, materiellen Widersprüchlichkeiten, Giftigkeit, schlechten Löslichkeit in Lösungsmitteln und Unfähigkeit gehabt, Prozess direkt zu schmelzen. Dennoch gewinnen führende Polymer Anziehungskraft in neuen Anwendungen mit zunehmend processable Materialien mit dem besseren elektrisch und physikalische Eigenschaften und niedrigere Kosten schnell. Mit der Verfügbarkeit von stabilen und reproduzierbaren Streuungen haben PEDOT und Polyanilin einige in großem Umfang Anwendungen gewonnen. Während PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) in antistatischen Anwendungen und als eine durchsichtige leitende Schicht in der Form von PEDOT:PSS Streuungen hauptsächlich verwendet wird (PSS=polystyrene sulfonic Säure), wird Polyanilin für die gedruckte Leiterplatte-Herstellung - im Endschluss weit verwendet, um Kupfer vor der Korrosion zu schützen und seine Lötbarkeit zu verhindern. Die neuen Nanostructured-Formen, Polymer besonders zu führen, stellen Sie frische Luft diesem Feld mit ihrer höheren Fläche und besser dispersability zur Verfügung.

Siehe auch

• Software für das molekulare Modellieren
• Molekulare Leitfähigkeit
• Molekulare Leitungen
• Organische Halbleiter
• Magnet des einzelnen Moleküls
• Drehungsübergang

Links

• Online-Vortrag auf Molecular Electronics und Von unten nach oben Ansicht von der Elektronischen Leitung durch S. Datta
• Online-Vortrag auf dem Pfad von Molecular Electronics für Molekulare Speichergeräte durch Ranganathan Shashidhar

• organicsemiconductors.com