В связи с постоянным уменьшением размеров электроники, все ощутимее становится необходимость глубокого понимания явлений наноуровня, потому что в этом диапазоне свойства некоторых материалов меняются. Группа исследователей под руководством Пола Уэйсса (Paul Weiss) разработала прибор для изучения наноразмерных взаимодействий. Устройство совмещает в себе возможности сканирующего туннельного и микроволнового частотного зонда, который может измерять взаимодействия между одиночными молекулами и поверхностью, к которой эти молекулы прикреплены.

Команда, в состав которой вошли химик-теоретик Марк Ратнер из Северо-западного Университета (США) и химик-синтетик Джеймс Тур из Райсовского Университета (США), опубликовала данные в рецензируемом научном журнале ACS Nano.

Наш зонд может обрабатывать данные о физических, химических и электронных взаимодействиях между одиночными молекулами и основаниями, контактами, с которыми они соприкасаются. Как и в полупроводниковых устройствах, контакты здесь имеют очень большое значение», – отметил Пол Уэйсс, заслуженный профессор химии, биохимии, материаловедения и технических наук, а также руководитель Калифорнийского Института наносистем.

В последние 50 лет электронная промышленность старалась придерживаться Закона Мура, согласно которому размер транзисторов на микросхемах должен удваиваться примерно каждые два года. Сценарий постепенного уменьшения размеров электроники достиг момента, когда должны конструироваться нанотранзисторы. Однако в связи со сложностью изучения явлений на таком малом уровне, затрудняется и производство действующих устройств.

Рис. 1. Одновременно полученные изображения и карты поляризуемости четырех различных семейств молекул, включая одномолекулярные переключатели (внизу), которыми можно управлять, одновременно получая изображение, с помощью СТМ (сканирующей туннельной микроскопии).

Связи между компонентами – это жизненно важный элемент наноразмерной электроники. В случае молекулярных устройств, поляризуемость измеряет степень, с которой электроны контакта взаимодействуют с электронами молекулы. Два ключевых аспекта измерений поляризуемости – это возможность проводить измерения на поверхности с субнанометровым разрешением и управлять молекулярными переключателями во включенном и выключенном состоянии.

Чтобы измерить поляризуемость одной молекулы, исследовательская команда разработала зонд, допускающий одновременное измерение с помощью сканирующей туннельной микроскопии и микроволновые разночастотные измерения. Применив зонд на практике, команда смогла определить местонахождение одномолекулярных переключателей на основаниях, даже когда переключатели были в выключенном состоянии (ранее это было невозможно). Определив местонахождение переключателей, ученые смогли использовать СТМ, чтобы изменить состояние на «вкл» или «выкл», чтобы в каждом из них измерить взаимодействия между переключателями и основанием.

Полученные данные связаны, главным образом, с определением будущих границ электроники, а не с производством устройств. В связи с широкими измерительными возможностями зонда, его также можно использовать для определения субмолекулярных структур в сложных биомолекулах и совокупностях.

По материалам: