Американские ученые впервые создали устойчиво работающий одномолекулярный диод с коэффициентом выпрямления более 200 – более чем в 10 раз выше, чем у ранее созданных аналогов, говорится в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology.

Задача молекулярной электроники – добиться миниатюризации электронных приборов путем создания компонентов размером с единичную молекулу. Около 40 лет назад был впервые предложен одномолекулярный диод – элемент, проводящий электрический ток только в одном направлении, состоящий при этом из одной единственной асимметричной молекулы, которая играла p-n переход в обычном полупроводниковом диоде.

С тех пор было создано несколько разных вариантов одномолекулярных диодов. Однако развитие таких диодов сдерживалось тем, что они обладали низкой проводимостью, экстремальной чувствительностью к структуре соединения и высоким рабочим напряжением. В них использовались несимметричные молекулы и электроды из разных металлов. Кроме того, коэффициент выпрямления – соотношение электрических сопротивлений для тока, текущего в одну и в другую сторону – был у этих диодов очень низким и не превышал 11.

Теперь группа под руководством Латы Ветакараман из Колумбийского университета смогла создать одномолекулярный диод, построенный из симметричной молекулы между электродами из одинакового металла, но с коэффициентом выпрямления более 200.

Ученые использовали молекулу диоксида тиофена, подвешенную между двумя золотыми электродами сканирующего туннельного микроскопа. Асимметрия достигалась путем погружения одного из соединений электрод-молекула в раствор карбоната пропилена, полярного растворителя, молекулы которого являются диполями. В результате положительные и отрицательные ионы накапливались на электродах, создавая асимметричную химическую среду.

В этих условиях диод работал очень хорошо даже при низком напряжении – около 370 милливольт. Когда раствор заменяли на аполярный, диод выключался.

Авторы исследования отмечают, что использованный ими необычный метод создания одномолекулярного диода открывает новые возможности для наноэлектроники, в частности, для разработки самособирающихся молекулярных устройств.