Молекулярная электроника – это отрасль нанотехнологий, в которой в качестве электронных компонентов используются отдельные молекулы или наноразмерные совокупности молекул. Цель – создание миниатюрных вычислительных устройств, заменяющих насыпные материалы на молекулярные блоки.
Например, атомы металла можно превратить в наноразмерные молекулярные нити.Молекулярные проволоки, также известные как Extended Metal Atom Chains (EMAC), представляют собой одномерные цепочки из отдельных атомов металла, соединенных с органической молекулой, называемой лигандом, которая действует как опора. Соединения типа молекулярной проволоки имеют широкий спектр потенциальных применений, от светодиодных ламп до катализаторов.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) нашли простой способ создания медных молекулярных проводов разной длины, добавляя или удаляя атомы меди один за другим. «Это первый пример образования молекулярной медной проволоки в процессе поэтапного, атом за атомом», – говорит Юлия Хуснутдинова, руководитель отдела координационной химии и катализа OIST. «Наш метод можно сравнить с конструкцией Lego, в которой вы добавляете по одному кирпичику за раз», – говорит она.
Молекулярные нити могут различаться по длине, причем разная длина имеет разные молекулярные свойства и практические применения. В настоящее время самый длинный EMAC, описанный в литературе, основан на никеле и содержит 11 атомов металла в одной линейной цепочке.
Создание молекулярных проводов разной длины сложно, потому что каждый раз требуется синтезировать определенный лиганд. Лиганд, который можно рассматривать как “ изолятор ” по аналогии с макромиром, помогает формировать проволоку, объединяя атомы металла и выстраивая их в линейную цепочку.
Однако создание лигандов разной длины может быть сложным и сложным процессом.
Исследователи OIST нашли новый способ решить эту проблему. «Мы создали единый динамический лиганд, который можно использовать для синтеза цепей различной длины», – говорит д-р. Орестес Ривада-Вилаган, первый автор статьи. «Это намного эффективнее, чем каждый раз создавать новый лиганд», – говорит он.
В своей статье, опубликованной в Angewandte Chemie International Edition, исследователи описывают свой новый пошаговый метод создания медных молекулярных проводов. «Лиганд открывается с одного конца, позволяя войти атому металла, и, когда цепь удлиняется, лиганд подвергается скользящему движению вдоль цепи, чтобы вместить больше атомов металла», – говорит проф.
Хуснутдинова. «Это можно сравнить с молекулярным аккордеоном, который можно увеличивать и сокращать», – говорит Ривада-Веллаган. Добавляя или удаляя атомы меди по одному таким образом, исследователи могут создавать молекулярные провода разной длины, варьируя от 1 до 4 атомов меди.
Этот динамический лиганд предлагает химикам новый способ синтеза молекул с определенными формами и свойствами, создавая потенциал для многих практических приложений в микроэлектронике и за ее пределами.
«Следующим шагом является разработка динамических лигандов, которые можно было бы использовать для создания молекулярных проводов, сделанных из других металлов или комбинации разных металлов», – говорит д-р. Ривада-Вилаган. «Например, выборочно вставляя атомы меди на концах цепи и используя другой тип металла в центре цепи, мы могли бы создавать новые соединения с интересными электронными свойствами», – говорит проф.
Хуснутдинова.