Современная электроника №7/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 19 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2023 Средняя ширина ступеней на рис . 8 С , обусловленных молекулами 4.4- бипири - дина , находилась в диапазоне 0,2–0,9 нм . Эти значения в три - четыре раза больше , чем ступени для атомов золота ( рис . 7 а ). Рисунок 8D указывает на статисти - ческие пики , соответствующие прово - дящим туннелям из одной , двух и трёх молекул 4.4- бипиридина . На этом рисун - ке видны ярко выраженные пики вбли - зи 0,01G 0 , 0,02G 0 и 0,03G 0 , которые на два порядка ниже тех , которые возникли при квантовании проводимостей , соот - ветствующих атомам золота ( рис . 8 А ). Рисунок 8E отражает случай , когда золотая перемычка разорвана , но кон - такты находятся на открытом воздухе , и между ними нет целевых органиче - ских молекул ( рис . 7 а ). Эти первые эксперименты были взя - ты за основу метода STM-BJ, который в значительной мере стимулировал дальнейшие разработки одномолеку - лярных устройств , связанных в основ - ном с теоретическими вопросами , объ - ясняющими механизмы прохождения зарядов через различные молекулы , а также с технологическими проблема - ми производства SMT. В начале 2000- х годов большинство исследований было направлено на изучение проводимо - сти малых сопряжённых или насыщен - ных молекулярных мостиков из таких органических соединений , как , напри - мер , бензол -1,4- дитиолат , 4,4- бипири - дин или другие алкандитиолы [17]. Кроме проводимости одиноч - ных молекул в этот период большое внимание уделялось технологиям соединения металлических про - водников с органическими молеку - лами , необходимым для связи SMT с другими квантовыми электрон - ными устройствами . Так , напри - мер , в статье [18] было показано , что π - стэкированная область перехода ( π -stacked junctions) может быть полу - чена для олигофениленэтиниленмоно - тиолов (oligophenyleneethynylenes – OPE) с двумя тиоловыми контак - тами (thiol contacts). Кроме того , в этом исследовании была под - тверждена возможность суще - ствования контактов металл – молекула – металл с участием OPE, в которых второй контакт должен обра - зовываться за счёт взаимодействия π - электронов концевого фенильного кольца с поверхностью металла . Достаточно подробные обзоры работ этих годов можно найти , например , в статье [19]. Хороший обзор работ по STM, выпол - ненных до 2015 года , опубликован в докторской диссертации , защищённой в Колумбийском университете [20]. Эта работа посвящена изучению пере - носа заряда через одномолекулярное сое - динение , возникающее в методе STM. В частности , в работе приведены результаты измерений зависимо - стей проводимости различных моле - кул от таких ключевых параметров , как , например : температура , давле - ние , свойства растворителя , напряже - ние между электродами . Из ключевых результатов можно отметить открытие новых механизмов молекулярной рек - тификации , при которых ток течёт пре - имущественно в одном направлении . Другая проблема устройств SMD связана со структурой самой рабо - чей молекулы . Эксперименты с моле - кулярными производными тиофе - на (thiophene derivatives), имеющими различные пространственные формы молекулы , обусловленные изменени - ями ориентации её частей вокруг про - стых связей (conformations), показа - ли , что , в зависимости от ориентации групп - заместителей , присоединённых к основной цепи , изменялась и прово - димость между контактами . Эти изме - нения объяснялись тем , что на прово - димость сильно влияет выравнивание энергетических уровней между молеку - лой и электродами , которое определя - ется особенностями конкретных струк - тур , обусловленных конформацией [21]. В настоящее время STM является одним из самых распространённых исследовательских методов физики твёрдого тела и молекулярной физи - ки . Новые методики с использованием STM разрабатываются во многих лабо - раториях мира , в том числе и в россий - ском научном центре СПбГУ . В то время как STM позволяет рабо - тать только с проводниками , атомно - силовая микроскопия (atomic force microscopy AFM) даёт возможность определять микрорельефы на атомар - ном уровне поверхностей изоляторов . В основе работы атомно - силово - го микроскопа ( АСМ ) используется эффект взаимодействия чувствитель - ного зонда , представляющего мини - атюрную балку с тонким остриём на конце ( кантилевера ), с поверхностью исследуемого образца . В зависимо - сти от назначения и конструкции в атомно - силовом микроскопе ( АСМ ) с помощью чувствительного зонда изме - ряются силы Ван - дер - Ваальса , электро - статические и магнитные силы , капил - лярные силы . Подробное описание работы АСМ можно найти в [22]. Методы AFM и STM позволя - ют контролировать процесс внедре - ния рабочих молекул в зазор между электродами устройств SMD намно - го эффективнее , чем другие доступ - ные методы . Наряду с оценками пара - метров самой рабочей молекулы эти методы позволяют исследовать харак - теристики разрыва проводников при изготовлении электродов . Следует обратить внимание на то , что в последние годы разработчики переключились на изучение моле - кул со сложной химической развет - влённой структурой , включая бимо - лекулярные и мультимолекулярные сборки , такие , например , как : карбо - новые кислоты , фуллерены , порфи - рины , α - циклодекстрин , кукурбит , а также лиганды и тектоны , необхо - димые для построения органических и координационных супрамолекуляр - ных ансамблей [23, 24]. Особое внимание привлекают направления , связанные с изучением процессов самосборки и самооргани - зации в промежутках между кванто - выми контактами в растворах , жидких кристаллах и гелях . С этой точки зрения интерес представляют результаты одной из работ , в которой описываются результаты исследований прово - димости надмолекулярной сборки ротаксан - гексаин (rotaxane-hexayne supramolecular assembly), инкорпо - рированной в форме олигоиновой конструкции (oligoynes constaction). Схема этого эксперимента приведе - на на рис . 9 [25]. Олигоины можно рассматривать , как некий прототип системы молекуляр - Рис . 9. Схема исследования проводимости олигоиновой молекулярной проволоки с использованием метода STM-BJ . Слева – « гексаиновая гантель ». Справа – гексаин - ротаксановый комплекс [23]