Diodo molecolare risonanza tunneling

Diodi a risonanza di tunneling o RTD sono ben noti, e sono stati ampiamente studiati a causa del loro potenziale in circuiti ad altissima velocità e funzionalità. Gli RTD sono stati studiati intensamente negli ultimi tre decenni come un promettente dispositivo nanoelettronico sia per applicazioni analogiche che digitali. Gli RTD sono stati fabbricati utilizzando i semiconduttori eterostruttura con tecniche epitassiali per realizzare il caratteristico picco I-V tipico dei diodi tunneling, ma senza i problemi associati alle larghe giunzioni capacitative. La struttura molecolare di un diodo risonanza tunneling basato su un molecolar wire conduttore è mostrato nella Fig. 13. In questa struttura, due gruppi alifatici metilenici (CH2) sono inseriti su entrambi i lati dell'anello benezenico. Poiché i gruppi alifatici agiscono come isolanti, essi creano barriere potenziali al flusso elettronico nei molecolar wire conduttori. L'unico modo per la corrente di circolare è la presenza di una tensione applicata quando gli elettroni sono costretti a passare attraverso il benzene la cui larghezza è solo di 0,5 nm circa. L'operazione dell'RTD molecolare può essere compresa utilizzando il diagramma in Fig. 14.

Fig. 14 (i) le barriere potenziali dovute ai due gruppi alifatici metilenici, (ii), i livelli di energia nell'anello benzenico in cui c'è il passaggio elettronico e (iii) i livelli energetici negli orbitali dei molecolar wire conduttori.

In presenza di una tensione applicata in tutta la molecola, l'RTD molecolare non conduce qualsiasi corrente o finchè rimangono in stato OFF, come mostrato in figura. 14, l'energia cinetica degli elettroni in arrivo è diversa da quella dei livelli energetici pieni nel lato dell'anello benzenico inserito tra due sottili barriere potenziali. Tuttavia, cambiando la tensione applicata una situazione di risonanza può essere creata, es. l'energia cinetica degli elettroni in entrata può essere fatta corrispondere ad uno dei livelli energetici vuoti all'interno dell'anello benzenico. Il dispositivo sarà su ON poiché gli elettroni potranno passare attraverso il wire Fig. 15. L'RTD molecolare mostra una resistenza differenziale negativa con i due punti operativi seguenti il meccanismo standard di un stato solido di un diodo tunneling risonante.

Con grandi strutture siamo in grado di costruire building block a molecola singola, quali strutture digitali e address e loro derivati. Il diodo molecolare sopra discusso e l'RTD molecolare possono essere utilizzati come base per i building blocks per sintetizzare una singola molecola esponendo una semplice logica booleana come le porte logiche OR, AND e XOR. Con la costruzione di grandi strutture a molecola singola con il suddetto building block, siamo in grado di realizzare anche circuiti digitali più complessi quali i supplementi HALF e FULL e loro derivati.

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