Dokumentasi Berita Sains (2008-2013)

Komponen Elektronik terkecil, Diode molekuler

(KeSimpulan) Baru-baru ini, di Arizona State University's Biodesign Institute, NJ Tao dan kolega telah menemukan cara untuk membuat komponen elektronik pada skala kecil yang fenomenal.

Suatu molekul dioda dipublikasikan jurnal Nature Chemistry edisi minggu ini. Dalam dunia elektronik, dioda adalah komponen serbaguna dan di mana-mana. Muncul dalam berbagai bentuk dan ukuran, digunakan tanpa henti pada perangkat dan bahan penting bagi industri semikonduktor. Membuat komponen dioda lebih kecil, lebih murah, lebih cepat dan lebih efisien telah menjadi obsesi para peneliti untuk merebut pasar industri elektronik yang semakin berukuran nano.

Ukuran yang lebih kecil berarti lebih murah biaya dan kinerja yang lebih efesien untuk perangkat elektronik. Komputer generasi pertama CPU menggunakan beberapa ribu transistor, Tao mengatakan bahwa kini memasuki era silikon. "Sekarang bahkan sederhana, komputer murah menggunakan jutaan transistor di atas satu chip." Namun akhir-akhir ini, tugas miniaturisasi telah menjadi jauh lebih keras, dan diktum hukum Moore yang menyatakan bahwa jumlah transistor berbasis silikon pada sebuah chip dua kali lipat setiap 18-24, akhirnya akan mencapai batas-batas fisik.

"Ukuran transistor mencapai beberapa puluh nanometer, hanya sekitar 20 kali lebih besar daripada sebuah molekul," kata Tao. "Itu salah satu alasan mengapa orang yang bersemangatmenciptakan molekuler elektronik."

Dioda adalah komponen penting untuk array yang luas dari aplikasi, dari kemampuan peralatan konversi, untuk radio, photodetectors, dan perangkat pemancar cahaya. Dalam setiap kasus, dioda adalah komponen yang memungkinkan arus mengalir dalam satu arah di sekitar sirkuit listrik. Molekul untuk melakukan prestasi ini. Tao menjelaskan bahwa hal itu harus secara fisik asimetris dengan salah satu ujung mampu membentuk ikatan kovalen dengan anoda bermuatan negatif dan yang lainnya dengan terminal katoda positif.

Studi terbaru membandingkan molekul yang simetris dengan asimetris, rincian kinerja masing-masing dalam hal transpor elektron. "Jika Anda memiliki molekul simetris, arus berlaku dua arah, mirip resistor biasa," Tao mengamati potensi ini, tetapi dioda lebih penting dan sulit pada komponen replikasi. Gagasan silikon melampaui batas dengan molekul berbasis komponen elektronik. "Theoretical kimiawan Mark Ratner dan Ari Aviram mengusulkan penggunaan molekul untuk elektronik seperti dioda kembali pada tahun 1974. Orang di seluruh dunia telah mencoba mencapai hal ini selama lebih dari 30 tahun," kata Tao.

Kebanyakan upaya telah melibatkan banyak molekul, merujuk pada molekul film tipis. Hanya baru-baru ini upaya serius dilakukan untuk mengatasi hambatan molekul berdesain tunggal. Salah satu tantangan adalah untuk menjembatani satu molekul setidaknya dua elektroda memasok arus. Tantangan lain melibatkan orientasi yang tepat molekul di dalam perangkat. "Kami sekarang mampu melakukan hal ini untuk membangun sebuah perangkat molekul dengan orientasi yang berdefinisi dengan baik," kata Tao. Teknik yang dikembangkan oleh Tao bergantung pada properti AC dikenal sebagai modulasi. "Pada dasarnya, kami menerapkan sedikit gangguan mekanik yang bervariasi secara periodik ke dalam molekul. Jika ada molekul bridge di kedua elektroda, mampu menanggapi dalam satu teknik. Jika tidak ada molekul, bisa kita lihat."

Proyek ini melibatkan lintas disiplin, Profesor Luping Yu, di University of Chicago, yang memasok molekul, serta kolaborator teoretis, Profesor Ivan Oleynik dari University of South Florida. Para peneliti menggunakan dikonjugasi molekul, di mana atom terjebak bersama-sama dengan ikatan tunggal dan ganda. Tampilan molekul seperti konduktivitas listrik yang besar dan memiliki tujuan asimetris mampu secara spontan membentuk ikatan kovalen dengan elektroda logam untuk membuat sirkuit tertutup.

Hasil proyek ini akan meningkatkan prospek membangun molekul tunggal dioda, perangkat terkecil yang pernah diciptakan manusia. "Saya pikir itu menarik karena kita dapat melihat satu molekul dan bermain-main dengan hal itu," kata Tao. "Kita bisa menerapkan tegangan, kekuatan mekanik, atau bidang optik, mengukur arus dan melihat respon. Seperti fisika kuantum mengontrol perilaku molekul tunggal, kemampuan ini memungkinkan kita untuk mempelajari sifat-sifat yang berbeda dari perangkat konvensional."

Kimiawan, fisikawan, peneliti materi, ahli komputer dan insinyur, semua memainkan peran sentral dalam bidang nanoelectronics. Tao juga meneliti sifat mekanik molekul, misalnya, kemampuan untuk berosilasi. Sifat mengikat antara molekul menarik calon generasi baru sensor kimia. "Secara pribadi, saya tertarik pada elektronika molekuler bukan karena potensi mereka untuk menduplikasi aplikasi silikon hari ini," kata Tao. Sebaliknya, molekul elektronik akan mendapatkan keuntungan dari keunikan elektronik, mekanik, optik dan mengikat sifat molekul yang membedakan dari semikonduktor konvensional. Ini dapat memberikan aplikasi melengkapi perangkat silikon.

Artikel Lainnya: