Важный шаг на пути к созданию транзисторов и диодов для молекулярной электроники сделан командой Инженерной школы (Columbia Engineering) Колумбийского университета (штат Нью-Йорк). Сотрудники Columbia Engineering впервые продемонстрировали блокаду тока — превращение устройства из одноэлектронного проводника в изолятор — в молекулярных кластерах при комнатной температуре.

Аналогичный эффект ранее неоднократно отмечали для квантовых точек, однако природа синтеза этих полупроводниковых нанокристаллов не обеспечивает воспроизводимости результатов. Получаемые квантовые точки имеют разную форму и размеры, кроме того они существенно крупнее молекулярных кластеров, о которых сообщает публикация во вчерашнем выпуске Nature Nanotechnology.

Экспериментальный кластер включал в себя неорганическое ядро из 14 атомов общим диаметром примерно 0,5 нм и связи, подключающие его к двум золотым электродам. Группа во главе с профессором прикладной физики и химии Латха Венкатараманом (Latha Venkataraman) использовала сканирующий туннельный микроскоп для измерения электрического отклика кластера на прилагаемое к электродам напряжение. Эта методика позволила им проконтролировать тысячи таких соединений, получив воспроизводимые характеристики зарядового транспорта.

Отношение уровней тока во включенном/выключенном состояниях при комнатной температуре для однокластерных соединений составило порядка 600, что превышает результаты, полученные для любых других одномолекулярных устройств.

Интересно, что заряды через кластер проходят последовательно — в каждый момент времени там находится только один электрон. Обычно ток в маломолекулярных устройствах непрерывен, и в точности определить количество свободных электронов в молекуле невозможно.

«Мы обнаружили, что эти кластеры могут очень хорошо работать при комнатной температуре в качестве нанодиодов, электрический отклик которых мы можем настраивать, изменяя их химический состав, — говорит Венкатараман. — Теоретически наименьшим пределом является один атом, но одноатомные устройства не могут быть изготовлены и стабилизированы при комнатной температуре. В молекулярных кластерах мы полностью, с атомарной точностью, контролируем структуру и можем изменять их элементный состав для получения определенной электрической реакции».