single molecule study

Mit

glie

d d

er

Helm

holt

z-G

em

ein

sch

aft

Антон Владика

Транспортні та шумові властивості окремих молекул в механічно-керованому розривному контакті

17. April 2023 Folie 2


План

1. Історичний аспект

2. Експериментальні засоби

1. Скануючий тунельний мікроскоп

2. Механічно-керований розривний контакт

3. Траснпортні властивості окремих молекул

4. Перспективи


Ключові віхи досліджень окремих молекул

1970р. – Ландауер описав провідність одномірних ґраток

kG

She

G

The

G

9.121

5.772

2

0

2

0

12

2



1974р. - A. Aviram та M. A. Ratner описали механізм, згідно із яким окрема молекула може працювати як випрямляч електричного струму



1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий тунельний мікроскоп



1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий тунельний мікроскоп

1987р. - J. Gimzewski, R. Möller дослідили створення точкового контакту в СТМ



1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт” (break junction)




1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили “механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable break junction




1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили “механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable break junction

1995р. - C. Zhou, C. Muller та інші

запропонували тонкоплівковий

(літографічний) МКРК



1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше

із використанням МКРК виміряно опір

окремої молекули 1,4-бензендитіолу

M. A. Reed, C. Zhou, C. J. Muller, T. P. Burgin, J. M. Tour, Conductance of a Molecular Junction,Science 278, 252-254 (1997).

ISI citation index > 2000

MR 22



1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше

із використанням МКРК виміряно опір

окремої молекули 1,4-бензендитіолу



2001р. – Куї (Cui) запрононовано використання СТМ для вимірювань окремих молекул.

На даний метод є основним у більшості дослідницьких груп

X. D. Cui et al., Reproducible measurement of single-molecule conductivity., Science (New York, N.Y.) 294, 571-4 (2001).


Вимірювання в СТМ


Вимірювання в СТМ

Молекула Опір (МОм) Провідність (G0)

1,6-Гександитіол 10,5 0,0012

1,8-Октандитіол 51 0,00024

1,10-Декандитіол 630 0,00002

4,4’-біпірідин 1,3 0,01

1,4-бензендитіол 1,2 0,011

1. Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of single-molecule resistance by repeated formation of molecular junctions. Science 301, 1221 (2003).

2. Xiao, X., Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of Single Molecule Conductance: Benzenedithiol and Benzenedimethanethiol. Nano Letters 4, 267-271 (2004)


Механічно-керований розривний контакт


МКРК: макродріт/надрізаний дріт (notched wire)


Літографічний МКРК: виготовлення

1. Металева підкладинка



1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка

(поліімідний лак)




(поліімідний лак)3. Резист для літографії

(PMMA)





(PMMA)4. Експозиція електронним

променем






променем5. Проявлення






променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)






променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)7. Lift-off






променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)7. Lift-off8. Йонне травлення (RIE)


Літографічний МКРК: готовий зразок


Літографічний МКРК


Транспортні властивості окремих молекул

M. Samanta, W. Tian, S. Datta, J. Henderson, C. Kubiak, Electronic conduction through organic molecules., Physical review. B, Condensed matter 53, R7626-R7629 (1996).



Тунелювання за Фаулером-Нордгеймом (FNT)


Шумові властивості



Шумовий спектр молекули 1,4-бензендитіолу (R = 1,2 Мом)



1. R. Ochs, D. Secker, M. Elbing, M. Mayor, H. B. Weber, Fast temporal fluctuations in single-molecule junctions, Faraday Discussions 131, 281 (2006).

2. V. A. Sydoruk et al., Noise and Transport Characterization of Single Molecular Break Junctions with Individual Molecule (unpublished).

Модель Лоренцівського осциллятора



Оброблені шумові спектри в залежності від прикладеної напруги



Залежність частоти другого піку від прикладеної напруги


Перспективи


Перспективи: одномолекулярна комірка пам’яті

Reed, M. a., Chen, J., Rawlett, a. M., Price, D.W. & Tour, J.M. Molecular random access memory cell. Applied Physics Letters 78, 3735 (2001).


Перспективи: одномолекулярний мотор

J. S. Seldenthuis, F. Prins, J. M. Thijssen, H. S. J. van der Zant, An all-electric single-molecule motor., ACS nano 4, 6681-6 (2010).


Перспективи: процеси переносу в біомолекулах

1. M. L. Perrin et al., Influence of the Chemical Structure on the Stability and Conductance of Porphyrin Single-Molecule Junctions, Angewandte Chemie International Edition (2011).

2. M. L. Perrin et al., Charge transport in a zinc-porphyrin single-molecule junction., Beilstein journal of nanotechnology 2, 714-9 (2011).

3. J. Juhaniewicz, S. Sek, Peptide molecular junctions: Distance dependent electron transmission through oligoprolines, Bioelectrochemistry (2011)


Дякую за увагу

single molecule study

Education