Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.

Um alle Funktionen dieser Seite zu nutzen, aktivieren Sie bitte die Cookies in Ihrem Browser.

Oben: die zweistufige Oxidation der Bis(triarylamine) Molekülreihe. Unten: die Geometrie des höchstleitenden Trimers (n=3) in der Molekülverbindung. Die roten und blauen Bereiche sind künstlerische Darstellungen der Kopplung zwischen den beiden Randzuständen.

Da unsere Geräte immer kleiner werden, wird die Verwendung von Molekülen als Hauptkomponenten in elektronischen Schaltkreisen immer wichtiger. In den letzten 10 Jahren haben Forscher versucht, einzelne Moleküle als leitende Drähte zu verwenden, da sie klein sind, unterschiedliche elektronische Eigenschaften haben und sich gut abstimmen lassen. Bei den meisten molekularen Drähten nimmt jedoch die Effizienz, mit der Elektronen über den Draht übertragen werden, mit zunehmender Länge des Drahtes exponentiell ab, was es zu einer besonderen Herausforderung macht, einen langen molekularen Draht zu bauen - einen, der viel länger als ein Nanometer ist - und der tatsächlich gut Strom leitet.

Columbia-Forscher gaben heute bekannt, dass sie einen 2,6 Nanometer langen Nanodraht gebaut haben, der eine ungewöhnliche Zunahme der Leitfähigkeit bei zunehmender Drahtlänge aufweist und quasi metallische Eigenschaften besitzt. Seine hervorragende Leitfähigkeit verspricht viel für den Bereich der molekularen Elektronik und ermöglicht es, elektronische Geräte noch kleiner zu machen. Die Studie wurde in Nature Chemistry veröffentlicht.

Das Forscherteam von Columbia Engineering und dem Fachbereich Chemie der Columbia University untersuchte zusammen mit Theoretikern aus Deutschland und synthetischen Chemikern aus China molekulare Drahtkonstruktionen, die an beiden Enden ungepaarte Elektronen tragen, da solche Drähte eindimensionale Analoga zu topologischen Isolatoren (TI) bilden würden, die an den Rändern hoch leitend, aber in der Mitte isolierend sind.

Der einfachste eindimensionale TI besteht zwar nur aus Kohlenstoffatomen, wobei die endständigen Kohlenstoffe die radikalen Zustände - ungepaarte Elektronen - unterstützen, aber diese Moleküle sind im Allgemeinen sehr instabil. Kohlenstoff mag es nicht, ungepaarte Elektronen zu haben. Ersetzt man die endständigen Kohlenstoffe, in denen sich die Radikale befinden, durch Stickstoff, erhöht sich die Stabilität der Moleküle. "Dadurch werden 1D-TIs, die aus Kohlenstoffketten bestehen und mit Stickstoff abgeschlossen sind, viel stabiler, und wir können mit ihnen bei Raumtemperatur unter Umgebungsbedingungen arbeiten", so die Co-Leiterin des Teams, Latha Venkataraman, Lawrence Gussman Professor ofApplied Physics und Professorin für Chemie.

Durch eine Kombination aus chemischem Design und Experimenten schuf die Gruppe eine Reihe von eindimensionalen TIs und durchbrach erfolgreich die Exponentialzerfallsregel, eine Formel für den Prozess, bei dem eine Größe mit einer Rate abnimmt, die proportional zu ihrem aktuellen Wert ist. Mit Hilfe der beiden Radikalkantenzustände erzeugten die Forscher einen hochleitenden Pfad durch die Moleküle und erreichten einen "umgekehrten Leitwertabfall", d. h. ein System, das mit zunehmender Drahtlänge einen steigenden Leitwert aufweist.

"Das wirklich Aufregende ist, dass unser Draht einen Leitwert in der gleichen Größenordnung wie ein Metall-Metall-Punktkontakt aus Gold hatte, was darauf hindeutet, dass das Molekül selbst quasi-metallische Eigenschaften aufweist", so Venkataraman. "Diese Arbeit zeigt, dass sich organische Moleküle auf Einzelmolekülebene wie Metalle verhalten können, im Gegensatz zu dem, was in der Vergangenheit gemacht wurde, wo sie in erster Linie schwach leitend waren."

Die Forscher entwarfen und synthetisierten eine Bis(triarylamine)-Molekülreihe, die durch chemische Oxidation die Eigenschaften eines eindimensionalen TI zeigte. Sie führten Leitfähigkeitsmessungen an Einzelmolekülverbindungen durch, bei denen die Moleküle sowohl mit der Source- als auch mit der Drain-Elektrode verbunden waren. Die Messungen ergaben, dass längere Moleküle eine höhere Leitfähigkeit aufwiesen, was so lange funktionierte, bis der Draht länger als 2,5 Nanometer war, was dem Durchmesser eines menschlichen DNA-Strangs entspricht.

"Das Venkataraman-Labor ist stets bestrebt, das Zusammenspiel von Physik, Chemie und Technik bei elektronischen Einzelmolekülgeräten zu verstehen", fügte Liang Li, Doktorand im Labor und Mitautor der Studie, hinzu. "Die Herstellung dieser speziellen Drähte wird die Grundlage für wichtige wissenschaftliche Fortschritte beim Verständnis des Transports durch diese neuartigen Systeme bilden. Wir freuen uns sehr über unsere Ergebnisse, denn sie beleuchten nicht nur die physikalischen Grundlagen, sondern auch mögliche künftige Anwendungen."

Die Gruppe entwickelt derzeit neue Designs, um molekulare Drähte zu bauen, die noch länger und dennoch hoch leitfähig sind.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Derzeit sind Sie nicht in my.chemie.de eingeloggt. Ihre Änderungen werden zwar gespeichert können jedoch jederzeit verloren gehen.

Meine Notiz: Notiz hinzufügen / bearbeiten

meine Merkliste Abbrechen Notiz speichern

Von der Entwicklung neuer Biomaterialien bis hin zu neuartigen photonischen Geräten eröffnen neue Materialien, die durch ein Verfahren namens Bottom-up-Nanofabrikation oder Selbstmontage hergestellt werden, den Weg zu neuen Technologien mit auf der Nanoskala abgestimmten Eigenschaften. Um d ... mehr

Neuer computergestützter Ansatz zur Vorhersage chemischer Reaktionen bei hohen Temperaturen

Die Gewinnung von Metallen aus Oxiden bei hohen Temperaturen ist nicht nur für die Herstellung von Metallen wie Stahl, sondern auch für das Recycling unerlässlich. Da die derzeitigen Extraktionsverfahren sehr kohlenstoffintensiv sind und große Mengen an Treibhausgasen freisetzen, haben Fors ... mehr

Forscher kommen der Kontrolle von zweidimensionalem Graphen näher

Das Gerät, auf dem Sie gerade diesen Artikel lesen, ist das Ergebnis der Siliziumrevolution. Um moderne elektrische Schaltkreise zu bauen, steuern Forscher die stromleitenden Fähigkeiten von Silizium durch Dotierung. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem entweder negativ geladene ... mehr

Lesen Sie alles Wissenswerte über unser Fachportal chemie.de.

Erfahren Sie mehr über das Unternehmen LUMITOS und unser Team.

Erfahren Sie, wie LUMITOS Sie beim Online-Marketing unterstützt.

© 1997-2022 LUMITOS AG, All rights reserved