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一種有2.6納米長的具有高導電性的長分子納米線

3DInCites中文 ? 來源:3DInCites中文 ? 作者:3DInCites中文 ? 2022-07-14 16:39 ? 次閱讀

隨著我們的設備變得越來越小,在電子電路中使用分子作為主要元件變得越來越重要。在過去的10年里,研究人員一直在嘗試使用單分子作為導線,因為它們具有尺寸小、獨特電子特性以及高可調性等特性。但在大多數分子導線中,隨著導線長度的增加,電子在導線上傳輸的效率呈指數下降。這一缺陷使得制造長分子導線非常具有挑戰性,這種導線比納米線長得多,能夠很好地導電。

哥倫比亞大學的研究人員近日宣布,他們已經制造出了一種有2.6納米長的納米線,隨著導線長度的增加,該納米線的電導率也異常增加,且具有準金屬性質。它優良的導電性為分子電子學領域帶來了巨大的希望,可以讓電子設備變得更小。

分子線設計

哥倫比亞工程學院和哥倫比亞化學系的研究團隊,以及德國的理論家和中國的合成化學家,共同探索了可支持兩端未配對電子的分子線設計,該類電子線將形成拓撲絕緣體(TI)的一維類似物,拓撲絕緣體邊緣具有高導電性,但中心則絕緣。

雖然最簡單的一維拓撲絕緣體是由碳原子構成的,末端碳原子支持自由基狀態,即未配對電子,但這些分子通常非常不穩定。碳不喜歡有未配對的電子。用氮取代自由基所在的末端碳,可以提高分子的穩定性。該團隊的共同負責人Latha Venkataraman、應用物理教授和化學教授Lawrence Gussman表示:“這使得由碳鏈制成,但以氮終止的一維拓撲絕緣體更加穩定,我們可以在室溫下以及一般的環境條件下就能使用它們。”

打破指數衰減規則

通過化學設計和實驗相結合,該團隊創建了一系列一維拓撲絕緣體,并成功打破了指數衰減規則,即一個量以與其當前值成比例的速率減少的過程公式。利用這兩種自由基邊緣態,研究人員通過分子生成了一條高導電路徑,并實現了’反向電導衰減’,即一個系統顯示出電導率隨著導線長度的增加而增加。

Venkataraman表示:“真正令人興奮的是,我們的金屬線具有與金-金屬點觸點相同的導電性,這表明分子本身具有準金屬性質。我們的研究表明,有機分子可以在單分子水平上表現出與金屬類似的行為,這與過去他們只具有弱導電性形成了對比。”

研究人員設計并合成了雙(三芳胺)分子系列,通過化學氧化顯示出一維拓撲絕緣體的特性。他們對分子連接到源極和漏極的單分子結進行電導測量。通過測量,該團隊表示,更長的分子具有更高的電導,直到金屬絲的直徑超過2.5納米,大約為人類DNA鏈的長度。

為分子電子學的更多技術進步奠定基礎

“Venkataraman實驗室一直在尋求了解單分子電子器件的物理、化學和工程之間的相互關系,”該實驗室的博士生Liang Li補充道。“因此,創造這些特殊的導線將為重大科學進展奠定基礎。我們對我們的發現感到非常興奮,因為它們不僅闡述了基礎物理,而且還揭示了未來的潛在應用。”

該團隊目前正在開發新的設計,以建造更長且仍具有高導電性的分子導線。

審核編輯 :李倩

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原文標題:具有高導電性的長分子納米線

文章出處:【微信號:gh_961d148c74dc,微信公眾號:3DInCites中文】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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