4.3-分子電子學(xué)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(xué)研究的是分子水平上的電子學(xué)，其目標(biāo)是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導(dǎo)體晶體管等固體電子學(xué)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(nèi)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(xiàn)一定的邏輯功能。同傳統(tǒng)的固體電子學(xué)相比，分子電子學(xué)有著強大的優(yōu)勢。分子電子學(xué)概念 分子電子學(xué)器件：由具有電、磁、光、熱、離子、機械和化學(xué)反應(yīng)性能的分子和超分子組裝排列而成的有序結(jié)構(gòu)，是在分子或超分子層次上完成信息和能量的檢測、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲與處理等功能的化學(xué)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(biāo): 采用有機和無機導(dǎo)電聚合物、生物聚合物、電荷轉(zhuǎn)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(xué)的新型元件。分子電子器件 現(xiàn)如今分子電子器件的應(yīng)用有很多如： 分子導(dǎo)線 分子開關(guān) 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(dǎo)線 分子導(dǎo)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(dǎo)線 尺寸為3.06nm的分子導(dǎo)線尺寸為5.28nm的分子導(dǎo)線尺寸為7.5nm的分子導(dǎo)線 卟啉衍生物分子導(dǎo)線分子光子導(dǎo)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(guān) 分子開關(guān)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(dāng)外界光、電、熱、磁、酸堿度等條件變化時，分子的形狀、化學(xué)鍵的生成或斷裂、振動以及旋轉(zhuǎn)等性質(zhì)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(zhuǎn)換，兩種狀態(tài)由于電阻值高低不同而對應(yīng)于電路的通斷，從而實現(xiàn)信息傳輸?shù)墓δ堋ｋ婋p穩(wěn)材料 對材料兩端施加電壓，當(dāng)電場達(dá)到某一閾值時，該材料可由高阻態(tài)轉(zhuǎn)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(fù)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(guān)基于電子轉(zhuǎn)移的光控開關(guān)基于光誘導(dǎo)分

4、子構(gòu)型變化的開關(guān) 分子開關(guān)光控磁開關(guān)Fig. 10. Photoswitch of magnetic interaction.（diarylethene)基于電子轉(zhuǎn)移的光控開關(guān)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(dǎo)分子構(gòu)型變化的開關(guān)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(xiàn)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(dǎo)電態(tài)，相當(dāng)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(nèi)或分子間的氫轉(zhuǎn)移，二聚化反應(yīng)，順-反異構(gòu)，電荷轉(zhuǎn)移，苯-醌轉(zhuǎn)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