محققان با استفاده از خوشه‌‌ای از ۱۴ اتم موفق به تولید ساختاری شدند که می‌تواند نقش دیود را ایفا کند. روش مورد استفاده برای تولید این ساختار تکرارپذیر بوده و می‌توان از آن برای تولید تعداد زیادی دیود با شکل و کارایی یکسان استفاده کرد.
خوشه اتمی که نقش دیود را ایفا می‌کند
یکی از چالش‌های بزرگ در الکترونیک مولکولی، استفاده از تک مولکول‌ها به‌عنوان قطعات الکترونیکی است. اولین گام در این مسیر آن است که محققان نشان دهند که تک مولکول‌ها می‌توانند به‌عنوان یک عنصر مداری تکرارپذیر نظیر ترانزیستور یا دیود عمل کنند.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری لاتا ونکاتارامانا از دانشگاه کلمبیا مقاله‌ای با عنوان Room-temperature current blockade in atomically defined single-cluster junctions در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسانده که در آن نشان داده شده تک مولکول می‌تواند به‌عنوان یک ترانزیستور تکرارپذیر در دمای اتاق عمل کند.
این گروه، یک خوشه از اتم‌های منظم دارای هسته‌ای از جنس مواد معدنی به قطر نیم نانومتر ایجاد کرده است که در آن از ۱۴ اتم استفاده شده‌است. این خوشه از طریق یک رابط به دو الکترود طلا متصل است، درست شبیه به مقاومت‌های الکتریکی که با دو الکترود فلزی تشکیل یک مدار ماکروسکوپی را داده‌اند ( فیلامنت یک لامپ رشته‌ای را بیاد بیاورید).
این گروه تحقیقاتی از روش میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی، اتصال میان یک خوشه منفرد را با دو الکترود طلا فراهم کردند. با استفاده از این روش می‌توان پاسخ الکتریکی این ساختار را به تغییر ولتاژ اعمالی بررسی کرد. با استفاده از این روش می‌توان هزاران اتصال را ایجاد و مشخصه‌یابی کرد.
ونکاتارامانا می‌گوید: « ما دریافتیم که این خوشه‌ها می‌توانند نقش دیود‌های نانومقیاس را در دمای اتاق ایفا کنند در حالی که با تغییر شیمیایی ساختار آنها می‌توان پاسخ الکتریکی ایجاد شده توسط این دیودها را کنترل کرد. از نقطه نظر تئوری، یک اتم منفرد کوچکترین واحد محسوب می‌شود اما ساخت ابزار با استفاده از یک اتم و پایدار نگهداشتن آن در دمای اتاق امکان‌پذیر نیست. با این خوشه مولکولی، ما کنترل را روی ساختار اتمی با دقت بالا انجام دادیم به طوری که می‌توان با تغییر ساختار و ترکیب شیمیایی، پاسخ الکتریکی آن را کنترل کنیم.»
پیش از این محققان از نقاط کوانتومی برای ساخت چنین دیودهایی استفاده کرده بودند اما ابعاد نقاط کوانتومی یکنواخت نبود و نتایج تکرارپذیری لازم را نداشت. اما این تیم تحقیقاتی با استفاده از این خوشه‌ها موفق به ساخت دو ساختار مشابه و هم اندازه شدند که دقیقا رفتار مشابه دارند.
