# 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. [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…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/environmentally-enabled-single-molecule-diodes-1208156
- Author: דר. משה נחמני
- Published: 2015-08-11T00:09:46+03:00
- Modified: 2015-08-11T00:09:46+03:00
- Sections: טכנולוגית מיחשוב, ננו טכנולוגיה, פיזיקה קוונטית
- Topics: אוניברסיטת קולומביה, מיחשוב קוונטי, מעבדת ברקלי, ננו אלקטרוניקה, ננוטכנולוגיה

## Article

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. [ ](http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n6/carousel/nnano.2015.97-f1.jpg) [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](http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n6/full/nnano.2015.97.html) [הידיעה על המחקר](http://newscenter.lbl.gov/2015/07/29/high-performance-single-molecule-diode/)