דיודה ממולקולה יחידה

חוקרים הצליחו לפתח את הדיודה בעלת הביצועים הטובים ביותר המבוססת על מולקולה יחידה. הפיתוח של דיודה פונקציונלית המבוססת על מולקולה יחידה מהווה אתגר נחשק בתעשיית האלקטרוניקה.

איור סכמטי של צומת מולקולארי המתפקד בתור דיודה הנוצר תוך שימוש בשטחים אסימטריים של אלקטרודה המאפשר לזרם לנוע בכיוון אחד בלבד. [באדיבות: מעבדת ברקלי ואוניברסיטת קולומביה]
איור סכמטי של צומת מולקולארי המתפקד בתור דיודה הנוצר תוך שימוש בשטחים אסימטריים של אלקטרודה המאפשר לזרם לנוע בכיוון אחד בלבד. [באדיבות: מעבדת ברקלי ואוניברסיטת קולומביה]
 
[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

צוות חוקרים ממעבדת ברקלי ואוניברסיטת קולומביה השיגו אבן דרך חשובה בתחום של רכיבי אלקטרוניקה מולקולאריים במסגרת הפיתוח של הדיודה בעלת הביצועים הטובים ביותר המבוססת על מולקולה יחידה. הצוות השתמש בשילוב של אלקטרודות מזהב ותמיסה יונית בכדי ליצור דיודה ממולקולה יחידה שביצועיה האלקטרוניים טובים יותר מהדיודות הקיימות בפקטור של 50.

"הודות לשימוש במולקולה סימטרית יחידה, תמיסה יונית ושתי אלקטרודות מזהב בעלות פני שטח חשופים במידות שונות, הצלחנו ליצור דיודה בעלת יחס יישור זרם (rectification ratio, היחס של זרם קדימה לעומת זרם אחורה במתח קבוע) בעודף של 200 יחידות, שיעור המהווה שיא עבור התקנים המבוססים על מולקולה יחידה", אומר Jeff Neaton, חוקר במחלקה לפיזיקה באוניברסיטה. "האסימטריות הנחוצה לביצועיה של הדיודה נובעת מפני השטח החשופים הנבדלים של האלקטרודות ומתוך התמיסה היונית", אומר החוקר. "מערך זה מוביל לקבלת סביבות אלקטרוסטטיות שונות מסביב לשתי האלקטרודות, סביבות המולידות ביצועים משופרים".

לאור המוטו של "קטן יותר ומהיר יותר" בתעשיית האלקטרוניקה, התקנים המבוססים על מולקולה יחידה מיצגים את הגבול העליון עבור המזעור של רכיבי אלקטרוניקה. בשנת 1974, חלוצי התחום מרק רטנר ואריה אבירם העלו השערה כי מולקולה אסימטרית עשויה לשמש בתור מיישר זרם יעיל, שהוא מוליך זרם חד-כיווני. מאז ועד היום, הפיתוח של התקני אלקטרוניקה המבוססים על מולקולה פונקציונאלית יחידה היווה אתגר לא קטן בתחום של דיודות – אחד מרכיבי האלקטרוניקה הנפוצים ביותר בעולם – פיתוח הנמצא בראש רשימת היעדים המדעיים.

דיודה טיפוסית מורכבת מצומתp-n של סיליקון המגשר בין צמד אלקטרודות (אנודה וקתודה) המתפקדות בתור "השסתום" של זרם חשמלי, תוך הכוונת הזרם והעברתו בכיוון אחד. האסימטריות של צומתp-n מציגות בפני האלקטרונים סביבת העברה ממותגת, כלומר – כבוי/דלוק. מדענים כבר הצליחו בעבר לפתח דיודות המבוססות על מולקולה יחידה, או דרך הסינתזה הכימית של מולקולות אסימטריות מיוחדות המהוות חלופות לצומת p-n; או דרך השימוש במולקולות סימטריות בעלות מתכות שונות בתור שתי האלקטרודות. יחד עם זאת, הצמתים האסימטריים שהתקבלו השיגו יחסי יישור נמוכים וביצועים גרועים. החוקרים מאוניברסיטת קולומביה הצליחו לפתור את שתי הסוגיות הללו.

"התנועה של אלקטרון בקנה-מידה מולקולארי נשלטת על ידי התופעה של מנהור קוונטי", מסביר החוקר הראשי. "יעילות תהליך המנהור תלויה ברמות האנרגיה הבדידות של המולקולה בתוך הספקטרום הרציף של האלקטרודה. במסגרת מיישר זרם מולקולארי, מערך רמות אלו עובר "העשרה" כאשר המתח חיובי, מה שמוביל להגברת המנהור, ואותו מערך נחלש כאשר המתח שלילי. במסגרת המחקר שלנו פיתחנו שיטה לחישוב מדויק של מערך רמות האנרגיה ושל הסתברות המנהור עבור צמתים של מולקולה יחידה. שיטה זו אפשרה לנו להבין את ההתנהגות הכמותית של הדיודה". החוקרים הצליחו לייצר מיישר זרם עתיר-ביצועים מתוך צמתים המורכבים ממולקולות סימטריות יחד עם רזוננס מולקולארי במערך כמעט מושלם ביחס לרמות האנרגיה של האלקטרונים הזורמים באלקטרודות הזהב. הסימטריה "נשברה" על ידי שונות משמעותית בגודל פני השטח של כל אחת מהאלקטרודות שנחשפו לתמיסה יונית. הודות לאסימטריות זו, מתח חיובי מגביר משמעותית את הזרם. "בנוסף לשבירת הסימטריה, שכבות כפולות הנוצרות בשל התמיסה היונית מולידות גם הן שונות בקיטוב של שתי האלקטרודות, קיטוב המשפיע גם על הרזוננס המולקולארי הכולל. כאשר החוקרים השתמשו בתמיסה לא יונית, לא התקבל כל יישור זרם. החוקרים סבורים כי השיטה שלהם תוכל להיות מיושמת גם בתחומים אחרים.

תקציר המאמר
הידיעה על המחקר

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

49 תגובות

  1. יתכן הספקן..
    אתה תמשיך בקללותיך ואני אמשיך בשאלותיי המפחידות..
    אני אשאל שוב, אך רק שאלות ספציפיות לכתבה זו:
    1. האם טכנולוגיית יצירת זכרונות פלאש מעניינת אותך?
    2. האם ניסית ללמוד עליה? אם כן, כיצד?
    3. אם לא, מדוע נדמה לך שהטכנולוגיה מיסתורית?
    ולסיום, שאלה חדשה:
    מה עלוקתי בשאלותיי?

  2. יתכן..
    זה כל מה שנשאר ממך? קללות?
    מעט ילדותי, לא?
    אני אמשיך לחכות שתגיב ולו לשאלה אחת מבין השאלות שנשאלת פה.
    בתקוה, בסוף תאזור מספיק אומץ לכך..

  3. יתכן..
    אתה חושב שכל מי שמשתכנע שאתה דובר אמת מפסיק לדבר איתך והיחידים שממשיכים לדבר איתך הם "המשמיצים"?
    למה אתה מזהה שאלות כהשמצות?
    למה שלא תנסה לענות עליהן בצורה מנומסת במקום?
    אולי תשכנע כמה מהמשיבים פה שאתה דובר אמת..

  4. ייתכן…
    תענה לי או כולם ידעו שאתה שקרן. האמת… הרוב כבר יודעים… בגלל זה הם לא מדברים איתך. והסיבה שאתה לא מבין את זה, זה כי אתה אידיוט.

  5. איתן, יריב, נסים

    תראו שמכל המשמיצים שהיו לי כאן
    נשארתם אתם היחידים…

    הסיבה : השאר כבר הבינו שמה שאני כותב אמת…

    כנראה שאתם טיפשים ויקח לכם עוד זמן להבין…

  6. טיפש.. עלוקה.. מסכן..
    יתכן..
    יתכן שכל השאלות המפחידות שאתה נשאל פה מתחילות לגרום לך לצאת משלוותך?
    למרות השעשוע הרב שהדלוזיה הפרנואידית שלך מספקת, אולי כדאי שתיקח לך סופ״ש מחוץ לרשת.
    אפשר עוד לראות מטאורים מחוץ לעיר, מומלץ לך לנסות.

  7. ניסים אתה צודק,

    אין לי מושג איך מייצרים סבון וגם אין לי מושג איך מייצרים אבקת כביסה, כל מי ששאלתי אותו גם לא ידע. עכשיו זה ברור כבר לחלוטין שמדובר בטכנולוגיה חוצנית שהגיעה לכאן מהחלל החיצון, אין אפשרות אחרת בני אדם לא היו מצליחים לפתח דבר כזה בעצמם.

    מדהים, כל הכבוד לחייזרים שהביאו אותנו עד הלום 🙂

  8. ייתכן..
    אתה צוחק, נכון? גם הטכנולוגיה של יצור דלק למכוניות לא ידועה לכל הציבור, ויש מספר חברות שמייצרות דלק. זה נכון גם לגבי סבון, גבינה צהובה, אבקת כביסה, עפרונות….

    ההיגיון שלך מדהים: "אני טיפש ובור, ולכן בהכרח היו כאן חוצנים".

    לא סתם אבי העיף אותך ואת השקרים שלך מהאתר הזה.

  9. זה בטח מאד מחמיא למדענים שפיתחו את הטכנולוגיות האלו שיש אנשים שחושבים שהם פיתחו טכנולוגיה חייזרית, כלומר על-אנושית.

    🙂

  10. אבל יתכן..
    אתה לא מגיב. לא הגבת ולו לאחת משאלותיי.
    אני מנסה לשמור על שיחה מנומסת.
    לדוגמא, עדיין לא קראתי לך טיפש.
    אני רק מציין מספר עובדות תמוהות לגבי עמדותך ואמונותך ושואל שאלות שעליהן אשמח לקבל תשובה.
    מדוע אתה רואה זאת כהשמצה על ידי טרול טיפש?

  11. בהחלט יתכן שאיני ראוי.
    יהיו כאלה שיגידו שהשיחה שלי איתך היא כמתן מכשול לעיוור.
    אבל יתכן.. מה עם כל אותם קוראים שכן ראויים לתשובותך?
    לא מגיע להם לדעת..?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן