Возможность переноса электрона через одиночную молекулу рассматривается давно. Поместив молекулу между двух электродов, можно получить один из самых компактных — теоретически возможных — транзисторов. Ясно, что использование в электронике такого решения откроет пути для её дальнейшей миниатюризации и наращивания эффективности.

Но до сих пор всё упиралось в сложности такого переноса: молекулы малы, и создать стабильное по всем параметрам соединение между одиночной молекулой и металлическим контактом очень сложно.

Рис. 1. Параметры молекул, находящихся между электродами, серьёзно влияли на характеристики системы в целом. (Здесь и ниже иллюстрации TU Delft).

Рабочая группа нидерландского Фонда фундаментальных исследований вещества (Foundation for Fundamental Research on Matter) во главе с Герре ван дер Зантом (Herre van der Zant) обнаружила эффект, объясняющий, почему столь трудно создать такого рода соединения. Это эффект зеркальных зарядов.

Зеркальные заряды в металлах возникают благодаря близости источника электромагнитного поля, подобной той, которая имеет место в случае одиночной молекулы, находящейся между двумя электродами. После возникновения зеркального заряда в металле он начинает влиять на энергетические уровни в молекуле. В результате они изменяются относительно существующих в металле, а проводимость системы молекула — металл падает или, напротив, растёт, в зависимости от направления изменения молекулярных энергоуровней.

Чтобы убедиться в том, что эффект реален, и измерить проводимость одиночной молекулы между электродами, учёные предложили методику «механически управляемого разрыва-соединения» (mechanically guided break junction). Им удалось интегрировать такое устройство в одиночный транзистор.

Благодаря этому расстояние между электродами и, следовательно, их близость к молекуле изменялись механически, что влияло на зеркальный заряд и проводимость такой молекулы.

Рис. 2.

Помимо измерения проводимости, учёные смогли непосредственно воздействовать на энергетические уровни в молекуле, количественно варьируя влияние обнаруженного эффекта.

Как отмечают авторы работы, в будущем подобное средство воздействия может использоваться для более эффективного контроля проводимости транзисторов на основе отдельных молекул и создания устойчивых соединений между ними и металлическими электродами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Nanotechnology.