محققان دانشگاه کلمبیا و آزمایشگاه ملی بروخاون موفق شدند تا نیروی و هدایت را در اتصال نانومقیاس محاسبه کنند. درک بهتر خواص فیزیکی اتصالات تک مولکولی می‌تواند برای صنعت نانوالکترونیک در آینده مفید باشد.
اندازه‌گیری خواص پیوندها در اتصالات مولکولی
محققان دانشگاه کلمبیا و آزمایشگاه ملی
بروخاون موفق شدند تا نیروی و هدایت را در اتصال نانومقیاس محاسبه کنند.
درک بهتر خواص فیزیکی اتصالات تک مولکولی می‌تواند برای صنعت نانوالکترونیک
در آینده مفید باشد.
در مدار مولکولی، یک مولکول به دو الکترود فلزی متصل است و آنها را به صورت
فیزیکی و الکتریکی به هم وصل می‌کند. اکنون محققان قادراند اطلاعات
الکتریکی را در چنین اتصالاتی بدست آورده و ساختار فیزیکی آن را به‌طور
مستقیم مورد آزمایش قرار دهند، چنین کاری پیش از این بسیار دشوار بوده است.
لاتا ونکاتارامان و همکارانش به اندازه‌گیری
قدرت فیزیکی و الکتریکی یک سری اتصالات مولکولی پرداختند. آنها بیشترین
نیرویی را که یک اتصال می‌تواند تحت فشار تحمل کند را اندازه‌گیری کردند و
در نهایت نشان دادند که این نیروی بستگی به ویژگی‌های شیمیایی مولکول‌هایی
دارد که مدار را ایجاد می‌کنند. لاتا ونکاتارامان می‌گوید مداری که از
مولکول آروماتیک پیریدین ساخته شده باشد قادر است ۶۰ درصد بیشتر از مداری
که از بنزن‌دی‌آمین بوجود آمده، نیروی فشار را تحمل کند. دلیل این امر آن
است که جفت الکترون‌های آزاد که مسئول اتصال در پیریدین هستند در یک صفحه
مسطح قرار دارند در حالی که در بنزن‌دی‌آمین پیوند از طریق الکترون پی غیر
مستقر ایجاد می‌شود.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از میکروسکوپ AFM اتصال تک مولکولی تشکیل شده
میان نوک میکروسکوپ که دارای روکش طلا است و بستری از جنس طلا که روی آن
مولکول‌های نشانده شده است را مورد بررسی قرار دادند. تمام این مولکول‌ها
دارای گروه‌های اتصال آمین و پیریدین بوده که به بستر طلا می‌چسبند.
پژوهشگران جریان عبوری از اتصالات را، در حالی که آنها را کشیده بودند،
اندازه‌گیری کردند. تغییرات بوجود آمده در نوک میکروسکوپ نشان دهنده نیروی
مکانیکی مربوط به اتصال است. محققان یک هیستوگرام سه بعدی طراحی کردند که
می‌تواند به‌طور آماری هزاران نیروی را ارزیابی کرده و میانگین نیروی
شکنندگی را ارائه کنند. با این کار آنها نیروی شکنندگی را برای ۴و۴ پیریدین
۰٫۸ نانونیوتن و برای ۱و۴ دی‌آمینوبنزن ۰٫۵ نانو نیوتن بدست آوردند.
کارک هیبرتسن، فیزیک‌دان آزمایشگاه ملی بروخاون، می‌گوید برای تطبیق نتایج
تئوری با نتایج بدست آمده در این پروژه، ما از مدلاسیون و تئوری عاملی
دانسیته کمک گرفتیم. نتایج نشان داد که پیوند نیتروژن-طلا یک پیوند ضعیف
است. همچنین دستورالعمل‌هایی برای افزایش قدرت این پیوند ارائه شد.
این گروه تحقیقاتی در حال بررسی نقش نوسانات گرمایی در گسستگی پیوندها
هستند.
نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.
