single molecule study
TRANSCRIPT
Mit
glie
d d
er
Helm
holt
z-G
em
ein
sch
aft
Антон Владика
Транспортні та шумові властивості окремих молекул в механічно-керованому розривному контакті
17. April 2023 Folie 3
План
1. Історичний аспект
2. Експериментальні засоби
1. Скануючий тунельний мікроскоп
2. Механічно-керований розривний контакт
3. Траснпортні властивості окремих молекул
4. Перспективи
17. April 2023 Folie 4
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1970р. – Ландауер описав провідність одномірних ґраток
kG
She
G
The
G
9.121
5.772
2
0
2
0
12
2
17. April 2023 Folie 5
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1974р. - A. Aviram та M. A. Ratner описали механізм, згідно із яким окрема молекула може працювати як випрямляч електричного струму
17. April 2023 Folie 6
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий тунельний мікроскоп
17. April 2023 Folie 7
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий тунельний мікроскоп
1987р. - J. Gimzewski, R. Möller дослідили створення точкового контакту в СТМ
17. April 2023 Folie 8
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт” (break junction)
17. April 2023 Folie 9
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт” (break junction)
1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили “механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable break junction
17. April 2023 Folie 10
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт” (break junction)
1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили “механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable break junction
1995р. - C. Zhou, C. Muller та інші
запропонували тонкоплівковий
(літографічний) МКРК
17. April 2023 Folie 11
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше
із використанням МКРК виміряно опір
окремої молекули 1,4-бензендитіолу
M. A. Reed, C. Zhou, C. J. Muller, T. P. Burgin, J. M. Tour, Conductance of a Molecular Junction,Science 278, 252-254 (1997).
ISI citation index > 2000
MR 22
17. April 2023 Folie 12
Ключові віхи досліджень окремих молекул
1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше
із використанням МКРК виміряно опір
окремої молекули 1,4-бензендитіолу
17. April 2023 Folie 13
Ключові віхи досліджень окремих молекул
2001р. – Куї (Cui) запрононовано використання СТМ для вимірювань окремих молекул.
На даний метод є основним у більшості дослідницьких груп
X. D. Cui et al., Reproducible measurement of single-molecule conductivity., Science (New York, N.Y.) 294, 571-4 (2001).
17. April 2023 Folie 15
Вимірювання в СТМ
Молекула Опір (МОм) Провідність (G0)
1,6-Гександитіол 10,5 0,0012
1,8-Октандитіол 51 0,00024
1,10-Декандитіол 630 0,00002
4,4’-біпірідин 1,3 0,01
1,4-бензендитіол 1,2 0,011
1. Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of single-molecule resistance by repeated formation of molecular junctions. Science 301, 1221 (2003).
2. Xiao, X., Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of Single Molecule Conductance: Benzenedithiol and Benzenedimethanethiol. Nano Letters 4, 267-271 (2004)
17. April 2023 Folie 20
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
17. April 2023 Folie 21
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)
17. April 2023 Folie 22
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)4. Експозиція електронним
променем
17. April 2023 Folie 23
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)4. Експозиція електронним
променем5. Проявлення
17. April 2023 Folie 24
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)4. Експозиція електронним
променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)
17. April 2023 Folie 25
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)4. Експозиція електронним
променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)7. Lift-off
17. April 2023 Folie 26
Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)3. Резист для літографії
(PMMA)4. Експозиція електронним
променем5. Проявлення6. Напилення золота (PVD)7. Lift-off8. Йонне травлення (RIE)
17. April 2023 Folie 32
Транспортні властивості окремих молекул
M. Samanta, W. Tian, S. Datta, J. Henderson, C. Kubiak, Electronic conduction through organic molecules., Physical review. B, Condensed matter 53, R7626-R7629 (1996).
17. April 2023 Folie 33
Транспортні властивості окремих молекул
Тунелювання за Фаулером-Нордгеймом (FNT)
17. April 2023 Folie 34
Транспортні властивості окремих молекул
Тунелювання за Фаулером-Нордгеймом (FNT)
17. April 2023 Folie 38
Шумові властивості
1. R. Ochs, D. Secker, M. Elbing, M. Mayor, H. B. Weber, Fast temporal fluctuations in single-molecule junctions, Faraday Discussions 131, 281 (2006).
2. V. A. Sydoruk et al., Noise and Transport Characterization of Single Molecular Break Junctions with Individual Molecule (unpublished).
Модель Лоренцівського осциллятора
17. April 2023 Folie 39
Шумові властивості
Оброблені шумові спектри в залежності від прикладеної напруги
17. April 2023 Folie 43
Перспективи: одномолекулярна комірка пам’яті
Reed, M. a., Chen, J., Rawlett, a. M., Price, D.W. & Tour, J.M. Molecular random access memory cell. Applied Physics Letters 78, 3735 (2001).
17. April 2023 Folie 44
Перспективи: одномолекулярний мотор
J. S. Seldenthuis, F. Prins, J. M. Thijssen, H. S. J. van der Zant, An all-electric single-molecule motor., ACS nano 4, 6681-6 (2010).
17. April 2023 Folie 45
Перспективи: процеси переносу в біомолекулах
1. M. L. Perrin et al., Influence of the Chemical Structure on the Stability and Conductance of Porphyrin Single-Molecule Junctions, Angewandte Chemie International Edition (2011).
2. M. L. Perrin et al., Charge transport in a zinc-porphyrin single-molecule junction., Beilstein journal of nanotechnology 2, 714-9 (2011).
3. J. Juhaniewicz, S. Sek, Peptide molecular junctions: Distance dependent electron transmission through oligoprolines, Bioelectrochemistry (2011)