قوانین جدید الکترونیک در مقیاس مولکولی
دانشمندانی از آزمایشگاه ملی بروکهاون و دانشگاه کلمبیا مشغول بررسی قوانین رسانش الکتریکی در مدارهای مولکولی هستند. رسانایی به معنای توان مدار در هدایت الکتریسیته است. در یک مدار ساده، اگر مقاومت‌ها را به‌طور موازی وصل کنید، الکترون‌ها می‌توانند از مسیرهای مختلف حرکت کنند. در این حالت، رسانایی کل مدار برابر خواهد بود با جمع رسانایی همه مقاومت‌ها. با اینحال، در یک مدار مولکولی، قوانین حاکم بر جریان از مکانیک کوانتومی تبعیت می‌کنند.
تجسم اتمی از پیوندگاه‌های مولکول واحد که از دو گذرگاه هم ارز (چپ) و یک گذرگاه (راست) تشکیل شده و شامل اتصال به دو الکترود طلا و طرح شماتیکی از مدار الکتریکی خارجی است.
در اکثر مدارهای تک- مولکولی، مولکول‌ها مثل مقاومت معمولی رفتار نمی‌کنند، بلکه الکترون‌ها می‌توانند از مولکول‌ها تونل بزنند. هنگامی که مولکول دو گذرگاه موازی داشته باشد، حرکت موجی الکترون می‌تواند به‌طور رؤیایی قانون جمع رسانایی‌ها را تغییر دهد. سال‌ها بود که متخصصان فناوری‌نانو پی برده بودند – ولی اثبات نشده بود- که اثرات تداخل کوانتومی می‌تواند رسانایی یک مدار دو گذرگاهی را تا چهار برابر رسانایی یک مدار تک‌گذرگاهی افزایش دهد.
این دانشمندان برای بررسی این اثرات کوانتومی مجبور به ساخت مدارهای نانواندازه بودند. آنها انواعی از مولکول‌ها برای انجام آزمایش طراحی و سنتز کردند. لاتا ونکاتارامن، استاد فیزیک کاربردی کلمبیا که گروهش کار بهینه‌سازی مدار مولکولی را برعهده داشت، می‌گوید: «ساخت قابل اعتماد مدار از یک مولکول واقعا مشکل است. تصور کنید می‌خواهید دو سر مولکولی را لمس کنید که طولش به اندازه ده اتم است.»
گروه ونکاتارامن برای ساخت این مدارها، از یک میکروسکوپ تونل‌زن پیمایشگر برای مکررا فشار دادن یک نوک طلایی تیز به الکترود طلایی دیگر و سپس بیرون کشیدن آن استفاده کرد. هنگامی که این اتصال شکسته شود، در یک لحظه فاصله بین دو قطعه طلا برای قرار گرفتن مولکول چسبیده به نوک مناسب می‌شود. همینکه این سیستم مداری شکل گرفت، رسانایی بسرعت اندازه‌گیری می‌شود و حتی می‌تواند هزاران بار برای بدست آوردن داده‌های قابل اعتماد تکرار شود.
این دانشمندان با استفاده از این رهیافت کشف کردند که رسانایی مولکول‌هایی با دو گذرگاه از جمع رسانایی مربوط به تک‌گذرگاه‌ها بیشتر است، اگرچه این افزایش آنقدری نبود که پیش‌بینی می‌کردند. مارک هایبرتزن، فیزیکدانی از مرکز نانومواد تابعی بروکهاون، گفت: «اندازه‌گیری و شبیه‌سازی نشان می‌دهند که مولکول‌هایی با دو گذرگاه دارای رسانایی هستند که از دو برابر رسانایی تک‌گذرگاه بیشتر است.»
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanontechnology منتشر کرده‌اند.
ستاد توسعه فناوری نانو
