Presentation I made Jan-11-2012 on Sci Seminar of IHT KNU

1. Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft
Транспортні та шумові властивості окремих
молекул в механічно-керованому
розривному контакті
Антон Владика

2. 25. Januar 2012 Folie 2

3. План
1. Історичний аспект
2. Експериментальні засоби
1. Скануючий тунельний мікроскоп
2. Механічно-керований розривний контакт
3. Траснпортні властивості окремих молекул
4. Перспективи
25. Januar 2012 Folie 3

4. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1970р. – Ландауер описав провідність одномірних ґраток
2
2e
G T12
h
2e 2
G0 77.5 S
h
1
12.9k
G0
25. Januar 2012 Folie 4

5. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1974р. - A. Aviram та M. A. Ratner описали
механізм, згідно із яким окрема молекула
може працювати як випрямляч
електричного струму
25. Januar 2012 Folie 5

6. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий
тунельний мікроскоп
25. Januar 2012 Folie 6

7. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1981р. - Герд Біннінг і Генріх Рорер винайшли скануючий
тунельний мікроскоп
1987р. - J. Gimzewski, R. Möller дослідили створення точкового
контакту в СТМ
25. Januar 2012 Folie 7

8. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт”
(break junction)
25. Januar 2012 Folie 8

9. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт”
(break junction)
1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили
“механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable
break junction
25. Januar 2012 Folie 9

10. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1985р. - J. Moreland, J. Ekin запропонували “розривний контакт”
(break junction)
1992р. - C. Muller, J. M. van Ruitenbeek, L. Dejongh розробили
“механічно-керований розривний контакт” (mechanically controllable
break junction
1995р. - C. Zhou, C. Muller та інші
запропонували тонкоплівковий
(літографічний) МКРК
25. Januar 2012 Folie 10

11. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше
із використанням МКРК виміряно опір
окремої молекули 1,4-бензендитіолу
R 22 M
M. A. Reed, C. Zhou, C. J. Muller,
T. P. Burgin, J. M. Tour,
Conductance of a Molecular Junction,
Science 278, 252-254 (1997).
ISI citation index > 2000
25. Januar 2012 Folie 11

12. Ключові віхи досліджень окремих молекул
1997р. – Рідом (Reed M.A.) було вперше
із використанням МКРК виміряно опір
окремої молекули 1,4-бензендитіолу
25. Januar 2012 Folie 12

13. Ключові віхи досліджень окремих молекул
2001р. – Куї (Cui) запрононовано використання СТМ для
вимірювань окремих молекул.
На даний метод є основним у більшості дослідницьких груп
X. D. Cui et al., Reproducible
measurement of single-molecule
conductivity., Science (New
York, N.Y.) 294, 571-4 (2001).
25. Januar 2012 Folie 13

14. Вимірювання в СТМ
25. Januar 2012 Folie 14

15. Вимірювання в СТМ
Молекула Опір (МОм) Провідність
(G0)
1,6-Гександитіол 10,5 0,0012
1,8-Октандитіол 51 0,00024
1,10-Декандитіол 630 0,00002
4,4’-біпірідин 1,3 0,01
1,4-бензендитіол 1,2 0,011
1. Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of single-molecule resistance by
repeated formation of molecular junctions. Science 301, 1221 (2003).
2. Xiao, X., Xu, B. & Tao, N.J. Measurement of Single Molecule
Conductance: Benzenedithiol and Benzenedimethanethiol. Nano
Letters 4, 267-271 (2004)
25. Januar 2012 Folie 15

16. Механічно-керований розривний контакт
25. Januar 2012 Folie 16

17. Механічно-керований розривний контакт
25. Januar 2012 Folie 17

18. МКРК:
макродріт/надрізаний дріт (notched wire)
25. Januar 2012 Folie 18

19. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
25. Januar 2012 Folie 19

20. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
25. Januar 2012 Folie 20

21. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
25. Januar 2012 Folie 21

22. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
4. Експозиція електронним
променем
25. Januar 2012 Folie 22

23. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
4. Експозиція електронним
променем
5. Проявлення
25. Januar 2012 Folie 23

24. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
4. Експозиція електронним
променем
5. Проявлення
6. Напилення золота (PVD)
25. Januar 2012 Folie 24

25. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
4. Експозиція електронним
променем
5. Проявлення
6. Напилення золота (PVD)
7. Lift-off
25. Januar 2012 Folie 25

26. Літографічний МКРК: виготовлення
1. Металева підкладинка
2. Еластична підкладинка
(поліімідний лак)
3. Резист для літографії
(PMMA)
4. Експозиція електронним
променем
5. Проявлення
6. Напилення золота (PVD)
7. Lift-off
8. Йонне травлення (RIE)
25. Januar 2012 Folie 26

27. Літографічний МКРК: готовий зразок
25. Januar 2012 Folie 27

28. Літографічний МКРК
25. Januar 2012 Folie 28

29. Літографічний МКРК
25. Januar 2012 Folie 29

30. Літографічний МКРК
25. Januar 2012 Folie 30

31. Літографічний МКРК
25. Januar 2012 Folie 31

32. Транспортні властивості окремих молекул
M. Samanta, W. Tian, S. Datta, J. Henderson, C. Kubiak, Electronic
conduction through organic molecules., Physical review. B, Condensed
matter 53, R7626-R7629 (1996).
25. Januar 2012 Folie 32

33. Транспортні властивості окремих молекул
Тунелювання за Фаулером-Нордгеймом (FNT)
25. Januar 2012 Folie 33

34. Транспортні властивості окремих молекул
Тунелювання за Фаулером-Нордгеймом (FNT)
25. Januar 2012 Folie 34

35. Шумові властивості
25. Januar 2012 Folie 35

36. Шумові властивості
Шумовий спектр молекули 1,4-бензендитіолу (R = 1,2 Мом)
25. Januar 2012 Folie 36

37. Шумові властивості
25. Januar 2012 Folie 37

38. Шумові властивості
Модель Лоренцівського осциллятора
1. R. Ochs, D. Secker, M. Elbing, M. Mayor, H. B. Weber, Fast temporal
fluctuations in single-molecule junctions, Faraday Discussions 131, 281
(2006).
2. V. A. Sydoruk et al., Noise and Transport Characterization of Single
Molecular Break Junctions with Individual Molecule (unpublished).
25. Januar 2012 Folie 38

39. Шумові властивості
Оброблені шумові спектри в залежності від прикладеної напруги
25. Januar 2012 Folie 39

40. Шумові властивості
Залежність частоти другого піку від прикладеної напруги
25. Januar 2012 Folie 40

41. Перспективи
25. Januar 2012 Folie 41

42. Перспективи
25. Januar 2012 Folie 42

43. Перспективи: одномолекулярна комірка пам’яті
Reed, M. a., Chen, J., Rawlett, a. M., Price, D.W. & Tour, J.M. Molecular random
access memory cell. Applied Physics Letters 78, 3735 (2001).
25. Januar 2012 Folie 43

44. Перспективи: одномолекулярний мотор
J. S. Seldenthuis, F. Prins, J. M. Thijssen, H. S. J. van der Zant, An all-electric
single-molecule motor., ACS nano 4, 6681-6 (2010).
25. Januar 2012 Folie 44

45. Перспективи: процеси переносу в біомолекулах
1. M. L. Perrin et al., Influence of the Chemical Structure on the
Stability and Conductance of Porphyrin Single-Molecule
Junctions, Angewandte Chemie International Edition (2011).
2. M. L. Perrin et al., Charge transport in a zinc-porphyrin
single-molecule junction., Beilstein journal of nanotechnology
2, 714-9 (2011).
3. J. Juhaniewicz, S. Sek, Peptide molecular junctions:
Distance dependent electron transmission through
oligoprolines, Bioelectrochemistry (2011)
25. Januar 2012 Folie 45

46. Дякую за увагу
25. Januar 2012 Folie 46