Ảnh minh họa diode đơn phân tử do các nhà nghiên cứu tại Columbia chế tạoNhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi phó giáo sư vật lý Latha Venkataraman tại Học viện cơ khí và khoa học ứng dụng Columbia đã lần đầu tiên chế tạo thành công diode đơn phân tử với khả năng chỉnh lưu cao gấp 50 lần so với thiết kế trước đây. Thành công này sẽ tạo tiền đề cho sự phát triển của các thiết bị điện tử ở kích thước nano trong tương lai. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology mới đây.
Các thiết bị điện tử đang ngày càng trở nên nhỏ hơn, đòi hỏi cần phải giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực vi điện tử nhằm đảm bảo tiến độ "thu nhỏ" và phân tử chính là đại diện duy nhất cho giới hạn thu nhỏ. Ý tưởng tạo ra thế hệ diode đơn phân tử được đề xuất bởi 2 giáo sư Arieh Aviram và Mark Ratner vào năm 1974. Theo lý thuyết này, một phân tử có thể biểu hiện như một bộ chỉnh lưu, một dây dẫn 1 chiều của dòng điện.Từ đó đến nay, các nhà nghiên cứu luôn khám phá các đặc tính vận chuyển điện tích của phân tử. Họ chỉ ra rẳng 1 phân tử được đính vào điện cực kim loại (mối nối đơn phân tử) có thể thể hiện nhiều chức năng trong mạch điện, bao gồm điện trở, thiết bị chuyển mạch, bóng bán dẫn và diode. Đồng thời, họ còn biết được khả năng xuất hiện các hiện tượng lượng tử, điển hình như sự nhiễu loạn, biểu hiện cho thuộc tính dẫn điện của liên kết phân tử.
Do diode hoạt động như một chiếc van của dòng điện, nên nó cần phải có cấu trúc bất đối xứng để dòng điện chạy theo các hướng khác nhau thì cũng sẽ trải qua những điều kiện khác nhau. Do đó, bản chât của việc tạo ra diode đơn phân tử là các nhà khoa học phải thiết kế một phân tử có cấu trúc bất đối xứng. Tuy nhiên, mọi chuyện lại không hề đơn giản, tiến sĩ Brian Capozzi, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Mặc dù một số phân tử bất đối xứng biểu hiện các tính chất giống diode, nhưng khả năng hoạt động không hiệu quả. Một diode có thiết kế tốt cần đảm bảo chỉ cho dòng điện chạy theo 1 hướng (hướng bật) và lượng điện chảy qua phải nhiều. Trong khi đó, các phân tử thiết kế bất đối xứng thường cho dòng điện rất thấp chạy qua ở cả 2 hướng tắt và mở, đồng thời tỷ lệ giữa dòng điện này cũng thấp."
Nhằm khắc phục các trở ngại có liên quan tới quá trình thiết kế phân tử bất đối xứng, phó giáo sư Venkataraman và các đồng nghiệp đã tập trung phát triển một phân tử bất đối xứng trong môi trường xung quanh mối nối phân tử. Họ tạo ra một môi trường bất đối xứng bằng cách khá đơn giản: dùng giải pháp ion để bao quanh các phân tử và sử dụng điện cực bằng kim loại vàng với các kích thước khác nhau để liên kết với phân tử. Kết quả đạt được là diode đơn phân tử với tỷ lệ chỉnh lưu cao gấp 50 lần so với các thiết kế trước đây. Ở chế độ "on", dòng điện chạy qua có độ lớn trên 0,1 micro Amps và theo Venkataraman, đây là con số rất lớn đối với diode đơn phân tử.
Mặt khác, do kỹ thuật này khá dễ thực hiện nên nó có thể được ứng dụng trong nhiều thiết bị có kích thước nano, bao gồm cả việc chế tạo điện cực graphene. Cô cho biết: "Thật tuyệt vời khi chúng ta có thể chế tạo ra một mạch điện đơn phân tử bằng các mô hình vật lý và hóa học, sau đó cho nó thực hiện một số chức năng nào đó. Kích thước siêu nhỏ của nó còn cho thấy rằng các hiệu ứng lượng tử hoàn toàn là một khía cạnh quan trọng đối với các thiết bị. Đây thật sự là một thành công chưa từng có, tạo ra được một thứ mà trước đây chưa từng được nhìn thấy và tưởng chừng như không bao giờ thực hiện được." Sắp tới, nhóm sẽ tiếp tục đào sâu nghiên cứu và cố gắng tăng cường tỷ lệ chỉnh lưu của điện cực đơn phân tử này.
Tham khảo Phys
Chủ đề tương tự
- Điều gì tạo nên tình cảm giữa chó và chủ nhân?Đang tải…
- Chế tạo thành công bê tông sinh học có thể tự chữa lành vết nứt bằng vi khuẩnĐang tải…
- Tàu tự hành Curiosity được cập nhật phần mềm nhằm tăng cường chất lượng ảnh chụp trên sao HỏaĐang tải…
- Ricoh phát triển thành công loại polymer chuyển hóa rung động thành điện năng với hiệu suất caoĐang tải…
- [Khoa học] Liệu chỉ 1 cặp vợ chồng có thể tạo ra cả thế giới sau thảm họa diệt vong?Đang tải…
Các nhà khoa học lần đầu tiên chế tạo thành công diode đơn phân tử hoạt động với hiệu suất cao
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét