استفاده از نوسانات مولکولی برای تشخیص عبور جریان از قطعات الکترونیکی مولکولی

محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) با استفاده از یک روش غیرمعمول
میکروسکوپی توانستند قانع‌کننده‌ترین مدرکی را که نشان می‌دهد جریان از طریق یک
ساندویچ مولکولی ساده مبتنی بر سیلیکون جاری می‌شود، ارائه دهند؛ ساندویچ مولکولی
مبتنی بر سیلیکون اصلی‌ترین ساختار قطعات الکترونیکی مولکولی است. این تحقیق یک گام
بزرگ به سوی رویای قطعات الکترونیکی مبتنی بر مولکول‌های آلی است که می‌توانند
امکان تولید حافظه‌های رایانه‌ای چگال‌تر و ارزان‌تر و جایگزین‌هایی برای سایر
ابزارهای الکترونیکی معمول ایجاد نمایند.

کرت ریچتر از موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا می‌گوید: « نهایت کوچک‌سازی
رسیدن به مقیاس مولکول است. امید بر این است که روزی یک مولکول بتواند به تنهایی به
عنوان یک قطعه الکترونیکی همانند دیود یا رزیستور عمل نماید و تراشه‌های رایانه‌ای
بسیار کوچک‌تر شوند».

در چند سال گذشته محققان در حال ساخت و آزمایش ساختارهای هیبریدی ساخته شده از
قطعات معمول مبتنی بر سیلیکون و قطعات مبتنی بر مولکول بوده‌اند. یک اتصال معمول
ساندویچی از یک لایه تماس فلزی و بستری از یک سیلیکون است. این لایه تماس از مولکول‌های
آلی به ضخامت تنها یک مولکول تشکیل شده است که همانند موهای روی یک برس آرایش یافته‌اند.
ریچتر می‌گوید در حالی که به نظر می‌رسد جریان از میان مولکول‌ها عبور می‌کند، می‌تواند
راهی از اطراف مولکول‌ها پیدا کرده یا مولکول‌ها می‌توانند در طول فرایند ساخت آسیب
ببینند. محققان می‌خواهند بدانند درون این «جعبه سیاه» واقعاً چه اتفاقی می‌افتد.

محققان NIST از روش کم استفاده‌ای به نام طیف‌سنجی تونل‌زنی الکترونی غیرالاستیک (IEST)
بهره بردند که نوسانات مولکول‌ها را درون اتصال اندازه می‌گیرد. ونیونگ وانگ می‌گوید:
«هر مولکول اثر انگشت ارتعاشی مخصوص به خود را دارد. IETS به عنوان چشمان ما عمل می‌کند
تا ببیند درون جعبه سیاه چه خبر است. در مقاله دیگری که قبلاً توسط وانگ و همکارانش
در دانشگاه Yale منتشر شده است، IETS به عنوان یک روش استاندارد برای اثبات اینکه
مولکول‌ها در یک ابزار الکترونیکی مولکولی مبتنی بر فلز دست نخورده باقی می‌مانند،
معرفی شده است.

همکاران این گروه تحقیقاتی در دانشگاه پوردو سه نوع اتصال سیلیکون-مولکول-فلز به
اندازه چند میکرومتر تولید کردند. مولکول‌های کوچکی که این محققان استفاده کردند،
اکتادکان، نیتروبنزن، و دی‌اتیل‌آمینوبنزن بود.

هر ابزار سیلیکون-مولکول-فلز تا دمای بسیار پایین سرد شدند. وانگ به دقت تغییرات
جزئی در جریان عبوری از اتصال را اندازه گرفت و سپس این تغییرات جریان به ارتعاشات
مولکولی ویژه ارتباط داده شدند. بدنی ترتیب این محققان وجود مولکول‌ها و عبور جریان
از آنها را تأیید کردند.