Физики из Университетов Колумбии и Копенгагена обнаружили, что молекулярные проводники на базе полидиметилсилоксана обладают самой плохой проводимостью из известных подобных материалов. Они проводят электроны почти в два раза хуже, чем алканы. Наряду с разрабатываемыми проводниками с высокой проводимостью, такие материалы могут найти применение в разработке молекулярной электроники. Исследование опубликовано в журнале Journal of the American Chemical Society, кратко о нем сообщает Chemistry World.

Физики, занимающиеся молекулярной электроникой, ищут способ заменить традиционные полупроводниковые материалы и компоненты на отдельные молекулы. Считается, что это станет следующим шагом в миниатюризации устройств. Особенное внимание уделяется одномерным проводникам (таким, как углеродные нанотрубки) и молекулярным переключателям, способным работать как логические элементы в будущих электронных схемах. К примеру, транзисторы на базе электронных трубок работают значительно быстрее традиционных кремниевых — это недавно было показано экспериментально.

Меньшее внимание уделяется другим важным компонентам электроники — изоляторам. Они необходимы для изоляции молекулярных переключателей от электродов, а также чтобы предотвратить взаимодействие между различными компонентами.

Авторы новой работ провели серию измерений электрического сопротивления у молекул, в основе которых лежат цепочки из окиси кремния — олигодиметилсилоксанов. В качестве электродов, между которыми «зажимали» исследуемую молекулу были острая игла и золотая подложка в сканирующем туннельном микроскопе.  

Олигодиметилсилоксаны, исследованные в работе. Haixing Li et al. / JACS, 2017

Исследователи последовательно проводили эксперименты с молекулами разной длины, содержащие цепочку из двух, трех и четырех атомов кремния, разделенных атомами кислорода. Проводимость определялась по тому, как быстро росло сопротивление молекулы к протеканию электрического тока. По результатам тысяч измерений ученые показали, что сопротивление в силоксанах растет с длиной гораздо быстрее, чем в алканах (насыщенных углеводородах, считающихся «стандартом» молекулярных изоляторов) и силанах (кремниевых аналогах насыщенных углеводородов).

По словам авторов, это самый «плохой» молекулярный проводник из известных. Такие выдающиеся свойства, вероятно, связаны с электронной структурой скелета молекулы, а не с особенностями ее геометрии. Ученые отмечают, что каркас силоксанов хорошо способствует локализации электронов. Возможно, в будущем силоксаны заменят собой уже использующиеся в первых прототипах молекулярных переключателей алканы.

Ранее мы сообщали об успехах в развитии молекулярной электроники. Так, команде из Китая, США и Израиля удалось создать рекордно устойчивый молекулярный переключатель, который проработал в течение года, включая и выключая проводимость между двумя листами графена. А две другие группы ученых разработали молекулярные провода толщиной в 1-3 атома.

Автор: Владимир Королёв