4.3-分子電子學器件詳解課件

1、分子電子器件 氧化還原活性配合物 分子電子學研究的是分子水平上的電子學，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導體晶體管等固體電子學元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機。 它的研究內容包括各種分子電子器件的合成、性能測試以及如何將它們組裝在一起以實現一定的邏輯功能。同傳統(tǒng)的固體電子學相比，分子電子學有著強大的優(yōu)勢。分子電子學概念 分子電子學器件：由具有電、磁、光、熱、離子、機械和化學反應性能的分子和超分子組裝排列而成的有序結構，是在分子或超分子層次上完成信息和能量的檢測、轉換、傳輸、存儲與處理等功能的化學及物理系統(tǒng)。簡單地說，分子器件就是在分子水平上具有特定功能的超微型器件 分子電

2、子器件的研究目標: 采用有機和無機導電聚合物、生物聚合物、電荷轉移鹽、有機金屬和其他分子材料，開創(chuàng)出用于信息和微電子學的新型元件。分子電子器件 現如今分子電子器件的應用有很多如： 分子導線 分子開關 分子整流管 分子儲存器 種類信息的載流子金屬電子無機非金屬 電子、空穴分子電子、空穴、孤子、自由基電子、極化子、雙極化子分子導線 分子導線舉例共軛聚合物反式聚乙炔順式聚乙炔 聚對苯聚吡咯聚噻吩聚二乙炔聚硫氮化物 (SN)n 納米尺寸的剛性線性分子導線 尺寸為3.06nm的分子導線尺寸為5.28nm的分子導線尺寸為7.5nm的分子導線 卟啉衍生物分子導線分子光子導線硼-二吡咯亞甲基染料在一端提供光輸

3、入，三個鋅卟啉的線性排列作為信號的輸運單元,而原卟啉在另一端提供光輸出分子開關 分子開關是指用電雙穩(wěn)材料制成的具有雙穩(wěn)態(tài)特性的量子化體系。當外界光、電、熱、磁、酸堿度等條件變化時，分子的形狀、化學鍵的生成或斷裂、振動以及旋轉等性質會隨之變化，通過這些變化，分子可以在兩種狀態(tài)之間可逆轉換，兩種狀態(tài)由于電阻值高低不同而對應于電路的通斷，從而實現信息傳輸的功能。電雙穩(wěn)材料 對材料兩端施加電壓，當電場達到某一閾值時，該材料可由高阻態(tài)轉為低阻態(tài)；若再通過某種能量激勵，如反向電場或電流脈沖，又可使材料從低阻態(tài)恢復到高阻態(tài)。在沒有外加刺激時，兩種狀態(tài)均能穩(wěn)定存在。光控磁開關基于電子轉移的光控開關基于光誘導分

4、子構型變化的開關 分子開關光控磁開關Fig. 10. Photoswitch of magnetic interaction.（diarylethene)基于電子轉移的光控開關Fig. 1. Light-driven dethreading of pseudorotaxanes by excitation of a photosensitizer P as (a) an external reactant (MeCN or H2O, roomtemperature), (b) a stopper in the wire-type component (EtOH, room temperatur

5、e), and (c) a component of the macrocyclic ring (H2O, roomtemperature).基于光誘導分子構型變化的開關Fig.2. The photoinduced inclusion of 4,4-bipyridine(45) inside the cavity of the azobenzene-capped cyclodextrin derivative 44(H2O, pH 7.2, 298K).The 4,4-dicarbonylazobenzene unit is attached to two of the primary ox

6、ygen atoms of the cyclodextrin derivative 分子整流器分子整流器的模型分子： 由受體7，7，8，8四氰基對亞甲基苯醌(TCNQ)和給體四硫富瓦烯(TTF)組成。3個亞甲基橋是為了保證分子的剛性和絕緣性。 實例： 單分子LB膜分子存儲器 分子存儲器是指用來存儲信息的量子化體系。分子水平上的存儲是通過具有雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)特性的分子材料實現的。在電場的作用下，這種材料可從原來的絕緣態(tài)躍遷為導電態(tài)，相當于計算機存儲器中的“0” “1”兩種狀態(tài)；用來“寫入”信息的工具就是電場。 分子儲存器的機制：分子內或分子間的氫轉移，二聚化反應，順-反異構，電荷轉移，苯-醌轉變。 實例： 500nm弱光 500nm強光烯醇（E）型 順式醌酮（QC）型 “0” “1” 分子器件的優(yōu)點： 分子電子芯片的