Diodi molecolari rettificatori

Un diodo o un rettificatore (raddrizzatore), che conduce in una sola direzione, è il building block formato da tre terminali semiconduttori, come un transistor bipolare o di un transistor a effetto di campo. Diodo basato su circuiti utilizzanti porte logiche AND/OR sono ben note per la costruzione di famiglie logiche utilizzando diodi rettificatori all'input e collegando un resistore tra la sorgente o il terreno. Un diodo molecolare a due terminali e le funzioni di un semiconduttore a giunzione pn, ha stati elettronici che possono essere chiaramente distinti tra lo stato altamente conduttivo (ON) e lo stato meno conduttivo (OFF). Il lavoro di Aviram e Ratner nel 1974 ha permesso a diversi tentativi sperimentali di costruire diodi molecolari. Aviram e Ratner hanno suggerito che la donazione di elettroni venisse compiuta da gruppi molecolari coniugati con una grande densità elettronica (tipo n) e da gruppi molecolari coniugati poveri in densità elettronica (tipo p). Secondo loro, avendo una molecola non centro simmetrica con adeguata miscela donatrice e accettrice legata con un ponte -s e collegata con adatti elettrodi condurrrà solo in una direzione - in qualità di rettificatore. Essi hanno dimostrato che in questa molecola D-s-A, il più basso orbitale molecolare non occupato (LUMO) e di più alto orbitale molecolare occupato (HOMO) può essere allineato in modo tale che la conduzione elettronica sia possibile solo in una direzione, un diodo molecolare. La struttura del diodo mono molecolare proposto è mostrato in Fig. 8 e la sua rappresentazione schematica è mostrata in Fig. 9. Questo diodo è basato su un molecolar wire conduttore composto da due sezioni identiche (S1, S2) separate da un gruppo R isolante. La sezione S1 è drogata da

almeno un gruppo elettron donare (es X¾ NH2, ¾OH, ¾CH3, ¾CH2CH3) e la sezione S2 è drogata da almeno un gruppo elettron attrattore (Y es ¾ NO2, ¾ NC, ¾ CHO). Il gruppo di R isolante (come ¾CH2¾, ¾CH2CH2 ¾) può essere incorporato nel molecolar wire da un legame con un gruppo alifatico saturo. Per regolare la caduta di tensione attraverso R, più siti multipli donatore/accettore possono essere incorporati. Le estremità dell'unica molecola sono legate ad elettrodi es oro. La banda del diodo mono molecolare con tensione negativa è indicata nella Fig. 10. Ci sono tre barriere potenziali, una corrispondente al gruppo isolante (centro della barriera) e due corrispondenti al contatto tra la molecola e gli elettrodi (barriere sinistra e destra). Queste tre barriere potenziali forniscono il necessario isolamento tra le varie parti della struttura. Sono mostrati anche i livelli energetici occupati nei contatti metallici e il livello energetico di Fermi EF. Sulla sinistra della barriera centrale tutti i livelli energetici di tipo p (HOMO come pure LUMO) sono elevati a causa della presenza di un gruppo elettron donatore X e analogamente a destra della barriera centrale sono abbassati i livelli di energia a causa della presenza di un gruppo elettron attrattore Y. Questo origina la costruzione del potenziale in grado di sviluppare trasporto attraverso la barriera, rappresentata dalla differenza d'energia del ΔE LUMO. Per il flusso di corrente gli elettroni devono superare la barriera di potenziale dagli accettori di elettroni drogati (S2) a donatori drogati di elettroni (S1), e questo costituisce la base per la formazione del diodo mono molecolare rettificatore. Il diagramma della banda energetica è mostrato in Fig. 11. Qui, gli elettroni sono indotti dal flusso per il tunneling attraverso le tre barriere potenziali da destra a sinistra provocando un flusso di corrente da sinistra a destra. La banda sotto parziali condizioni invertite (l'elettrodo di sinistra col potenziale inferiore rispetto alla contatto di destra) è mostrato in Fig. 12. Come risultato, gli elettroni dal contatto sinistro cercano di fluire verso il contatto destro, che si trova a più elevato potenziale. Tuttavia, la conduzione non è possibile perché non vi è ancora una differenza energetica tra l'energia di Fermi EF al contatto sinistro e il LUMO della sezione drogata donatrice di elettroni. Si presume che entrambi i potenziali applicati che si devono invertire siano identici. Per invertire una maggiore polarizzazione, tuttavia, è possibile per l'energia di Fermi EF sul contatto sinistro vada in risonanza con il LUMO; energia della sezione drogata elettron donatrice causando grandi correnti che fluiscono in direzione opposta, e questo è simile ad una condizione di ripartizione in un diodo.

Fig. (12) Diagramma degli orbitali energetici del polifenilene monomolecolare in un diodo rettificatore. La vista laterale della rappresentazione benzenoidica della struttura coniugata gli orbitali π.

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