الکترونیک مولکولی

الکترونیک مولکولی مطالعه و کاربرد بلوک های ساختمانی مولکولی برای ساخت قطعات الکترونیکی است. این یک حوزه بین رشته ای است که شامل فیزیک، شیمی و علم مواد است. ویژگی وحدت بخش آن، استفاده از اجزای سازنده مولکولی برای ساخت قطعات الکترونیکی است. با توجه به چشم انداز کاهش اندازه قطعات الکترونیکی ارائه شده توسط کنترل خواص در سطح مولکولی، الکترونیک مولکولی هیجان زیادی ایجاد کرده است. این یک ابزار بالقوه برای گسترش قانون مور فراتر از محدوده های پیش بینی شده ی مدارهای مجتمع سیلیکون معمولی در مقیاس کوچک است.

الکترونیک در مقیاس مولکولی، که الکترونیک تک مولکولی نیز نامیده می شود، شاخه ای از فناوری نانو است که از مولکول های واحد یا مجموعه های نانومقیاس تک مولکول ها به عنوان اجزای الکترونیکی استفاده می کند. از آن جا که مولکول های کوچک کوچک ترین ساختارهای پایدار ممکن را تشکیل می دهند، این کوچک سازی هدف نهایی برای کوچک شدن مدارهای الکتریکی است.

دستگاه های الکترونیکی معمولی به طور سنتی از مواد فله یا توده ای ساخته می شوند. روش های انبوه دارای محدودیت های ذاتی هستند و به طور فزاینده ای سخت و پرهزینه هستند. بنابراین، این ایده به وجود آمد که اجزاء را به جای تراش آنها از مواد فله (بالا به پایین) می توان اتم به اتم در آزمایشگاه شیمی ساخت (پایین به بالا). در الکترونیک تک مولکولی، مواد توده ای را با تک مولکول ها جایگزین می کنند.

یعنی به جای ایجاد ساختارها با حذف یا اعمال مواد پس از یک داربست الگو، اتم ها در آزمایشگاه شیمی کنار هم قرار می گیرند. مولکول های مورد استفاده دارای ویژگی هایی هستند که شبیه اجزای الکترونیکی سنتی مانند سیم، ترانزیستور یا یکسو کننده اند. این مفهوم استفاده از یک مولکول به عنوان یک جزء الکترونیکی سنتی برای اولین بار توسط Aviram و Ratner در سال 1974 ارائه شد، هنگامی که آنها یک اصلاح کننده مولکولی نظری متشکل از مکان های اهدا کننده و پذیرنده را پیشنهاد کردند که از یکدیگر عایق شده باشند.

الکترونیک تک مولکولی یک حوزه در حال ظهور است، و تمام مدارهای الکترونیکی که منحصراً از ترکیبات اندازه مولکولی تشکیل شده باشند، هنوز بسیار دور از تحقق هستند. به هر حال، تقاضای مداوم برای قدرت محاسباتی بیشتر، همراه با محدودیت های ذاتی روش های لیتوگرافی امروزی، این انتقال را اجتناب ناپذیر به نظر می رساند. در حال حاضر، تمرکز بر کشف مولکول هایی با خواص جالب و یافتن راه هایی برای به دست آوردن تماس های قابل اعتماد و قابل تکرار بین اجزای مولکولی و مواد عمده الکترودها است.

الکترونیک مولکولی در قلمرو کوانتومی فواصل کمتر از 100 نانومتر عمل می کند. کوچک سازی تا تک مولکول ها مقیاس را به رژیمی می رساند که در آن اثرات مکانیک کوانتومی مهم هستند. برخلاف مورد قطعات الکترونیکی معمولی، که الکترون ها می توانند کم و بیش مانند یک جریان پیوسته بار الکتریکی پر یا خارج شوند، انتقال یک الکترون واحد سیستم را به طور قابل توجهی تغییر می دهد. مقدار قابل توجهی از انرژی ناشی از شارژ هنگام محاسبه خواص الکترونیکی تنظیمات باید در نظر گرفته شود و نسبت به فواصل رسانایی سطوح نزدیک، بسیار حساس است.