Vědci z Fyzikálního ústavu usnadnili miniaturizaci elektrických obvodů
23. 07. 2019
Vědci na celém světě zkoumají součástky stále menších, prakticky molekulárních rozměrů. Mezinárodní tým z Fyzikálního ústavu AV ČR a Tokijského technologického institutu nyní vyvinul novou metodu, která přispěje k miniaturizaci elektrických obvodů v elektronice. Svůj objev publikovali v prestižním vědeckém časopisu Chemical Science.
Při zkoumání vlastností molekul potenciálně využitelných v miniaturních obvodech vědci narážejí na řadu problémů. Jedním z nich je porozumění konfiguraci kontaktů molekul s kovovými povrchy elektrod, která ovlivňuje důležité vlastnosti spojů, např. vodivost. Mezinárodnímu týmu, který vznikl ze spolupráce Fyzikálního ústavu AV ČR a Tokijského technologického institutu (Tokyo Institute of Technology), se podařilo významně přispět k odstranění této překážky.
„Nová metoda umožní kontrolovat geometrii přechodu mezi kovovými elektrodami a molekulou. Učinili jsme tak krok k překonání jednoho z hlavních úskalí při realizaci stabilních a reprodukovatelných molekulárních obvodů,“ říká vedoucí českého týmu z oddělení tenkých vrstev a nanostruktur Fyzikálního ústavu Héctor Vázquez. „Úspěchu jsme dosáhli ve spolupráci s japonskými kolegy, jejichž měření jsme s využitím numerických simulací ztotožnili s konkrétními typy vazby. Právě kombinace různých technik je základem úspěšné nové metody,“ dodává Vázquez.
Simulace tří stabilních vazebných konfigurací molekuly (zleva: v přemostění mezi dvěma atomy, nad vmezeřenou pozicí mezi více atomy, nad jedním atomem)
Zlaté elektrody
Připojení molekuly ke zdrojové a odtokové elektrodě se uskutečňuje pomocí chemických vazeb vytvořených mezi propojovacími funkčními skupinami na molekule (linkery) a atomy zlatých elektrod. Vlastnosti spoje (včetně důležité vodivosti) jsou ovšem silně ovlivněny detaily geometrie vazby. Obzvlášť významné je ovlivnění v případě nejčastěji používaných linkerů obsahujících síru.
Tato geometrie se však rychle mění za podmínek, ve kterých jsou experimenty nejčastěji prováděny – v roztoku nebo za přístupu vzduchu a při pokojové teplotě – a nemůže být snadno detekována. Změny geometrie pak způsobují řádové (až o dva řády) změny ve vodivosti spoje a výrazně tak ztěžují studium vhodnosti molekul pro použití v mikroelektronice.
Kombinací různých metod dokázali vědci rozlišit mezi třemi vazebnými konfiguracemi molekuly – konfiguraci v přemostění mezi dvěma atomy (bridge), nad vmezeřenou pozicí mezi více atomy (hollow) a nad jedním atomem (atop).
Skupina Manabu Kiguchiho z Tokijského technologického institutu uskutečnila souběžná měření povrchem zesíleného Ramanova rozptylu a voltampérové charakteristiky. Skupina Héctora Vázqueze na Fyzikálním ústavu provedla počítačové modelování založené na tzv. teorii funkcionálu hustoty (DFT). Změny vodivosti a Ramanových frekvencí charakteristických pro molekulu, změřené experimentálně, tak byly pomocí simulací přiřazeny k jednotlivým prostorovým konfiguracím. Přivedením malého napětí se vědcům podařilo také vyvolat přesuny mezi různými vazebnými místy.
Na titulním obrázku uspořádání experimentu, ve kterém jsou dvě zlaté elektrody spojeny jedinou „vodivou“ molekulou (jednomolekulární obvod).
Připravil: Radek Kříček, Fyzikální ústav AV ČR ve spolupráci s Alicí Horáčkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Foto: Fyzikální ústav
Přečtěte si také
- Češi objevili stopy sodíku na exoplanetách
- Levitující magnet i černé díry. Nobelisté okouzlili pražské publikum
- V okolí Jupiteru se objevují nové typy krátkých pulsů. Vycházejí od blesků
- Pět nositelů Nobelovy ceny přijede do Prahy na fyzikální konferenci
- Dozimetr z ÚJF bude zkoumat kosmické počasí
- Vědci objevili v Moravském krasu unikátní jeskynní malbu. Vznikla před 6200 lety
- Čeští astronomové objevili jedinečnou hvězdu
- Startuje vývoj přístroje X-IFU, který poodhalí tajemství vzniku vesmíru
- Češi budou v rámci mise PLATO hledat druhou Zemi
- Svět slaví Mezinárodní den kosmonautiky