आणविक चालन: Difference between revisions
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आणविक आचरण (<math>G=I/V</math>), या एकल [[अणु]] का [[विद्युत चालन]], [[आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स]] में एक भौतिक मात्रा है। आणविक चालकता आसपास की स्थितियों (जैसे [[पीएच]], तापमान, दबाव) | आणविक आचरण (<math>G=I/V</math>), या एकल [[अणु]] का [[विद्युत चालन]], [[आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स]] में एक भौतिक मात्रा है। आणविक चालकता आसपास की स्थितियों (जैसे [[पीएच]], तापमान, दबाव) साथ ही मापने वाले उपकरण के गुणों पर निर्भर है। इस मात्रा को प्रत्यक्ष रूप से मापने के प्रयास में कई प्रायोगिक विधियों का विकास किया गया है, किन्तु सिद्धांतकारों और प्रयोगवादियों को अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।<ref>Chen F, Hihath J, Huang Z, Li X, Tao NJ. 2007. Measurement of single-molecule conductance. ''Annu. Rev. Phys. Chem.'' 58:535-64</ref><br /> | ||
वर्तमान ही में विश्वसनीय चालन-माप विधियों के विकास में अधिक प्रगति हुई है। इन विधियों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: आणविक फिल्म प्रयोग जो दसियों अणुओं के समूहों को मापते हैं, और एकल-अणु-माप प्रयोग है । | |||
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आणविक फिल्म प्रयोगों में | आणविक फिल्म प्रयोगों में सामान्यतः दो [[इलेक्ट्रोड]] के बीच अणुओं की एक पतली परत की सैंडविचिंग होती है जो परत के माध्यम से चालन को मापने के लिए उपयोग की जाती है। इस अवधारणा के सबसे सफल कार्यान्वयन में से दो बल्क इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण और नैनोइलेक्ट्रोड के उपयोग में हैं। बल्क इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण में एक आणविक फिल्म को सामान्यतः एक इलेक्ट्रोड पर स्थिर किया जाता है और एक ऊपरी इलेक्ट्रोड को इसके साथ संपर्क में लाया जाता है जिससे अनुप्रयुक्त [[पूर्वाग्रह वोल्टेज]] के कार्य के रूप में वर्तमान प्रवाह की माप की अनुमति मिलती है। प्रयोग के नैनोइलेक्ट्रोड वर्ग, [[परमाणु बल माइक्रोस्कोप]] युक्तियों और छोटे-त्रिज्या तारों जैसे रचनात्मक रूप से उपयोग करने वाले उपकरणों में, समान प्रकार के वर्तमान बनाम अनुप्रयुक्त बायस मापन करने में सक्षम हैं, किन्तु बल्क इलेक्ट्रोड की तुलना में अणुओं की बहुत कम संख्या पर। उदाहरण के लिए, एक परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी की नोक को एक शीर्ष इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है और टिप के वक्रता के नैनो-स्केल त्रिज्या को देखते हुए, मापे गए अणुओं की संख्या में भारी कमी होती है। इन प्रयोगों में मुख्य रूप से अणुओं की ऐसी पतली परतों से निपटने में कठिनाइयाँ आई हैं जिसके परिणामस्वरूप अक्सर इलेक्ट्रोड को लघु परिपथ करने में समस्या होती है। | ||
== एकल-अणु-माप == | == एकल-अणु-माप == | ||
[[Image:Wiki figure.jpg|thumb|250px|right|एक अणु सहसंयोजक रूप से दो इलेक्ट्रोड से जुड़ा है।]] | [[Image:Wiki figure.jpg|thumb|250px|right|एक अणु सहसंयोजक रूप से दो इलेक्ट्रोड से जुड़ा है।]]वर्तमान ही में, एकल-अणु-माप प्रयोग विकसित किए गए हैं जो प्रयोगकर्ताओं को आणविक चालन पर उत्तम नजरिया ला रहे हैं। ये स्कैनिंग जांच की श्रेणियों के अंतर्गत आते हैं जिसमें निश्चित इलेक्ट्रोड और यांत्रिक रूप से गठित जंक्शन विधि सम्मिलित होती है। यांत्रिक रूप से गठित जंक्शन प्रयोग के एक उदाहरण में एक जंगम इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के साथ संपर्क करना और फिर अणुओं की एक परत के साथ लेपित इलेक्ट्रोड सतह से दूर खींचना सम्मिलित है। जैसे ही इलेक्ट्रोड को सतह से हटा दिया जाता है दो इलेक्ट्रोड के बीच बंधे हुए अणु तब तक अलग होने लगते हैं जब तक कि एक अणु जुड़ा नहीं हो जाता। टिप-इलेक्ट्रोड संपर्क के परमाणु-स्तर की ज्यामिति का चालन पर प्रभाव पड़ता है और प्रयोग के एक रन से अगले तक बदल सकता है इसलिए हिस्टोग्राम दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। एक जंक्शन बनाना जिसमें स्पष्ट संपर्क ज्यामिति ज्ञात हो, इस दृष्टिकोण के साथ मुख्य कठिनाइयों में से एक रहा है। | ||
== अनुप्रयोग == | |||
आणविक स्तर पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लक्ष्य की ओर एक महत्वपूर्ण पहला कदम एक व्यक्तिगत अणु के माध्यम से विद्युत प्रवाह को मापने और नियंत्रित करने की क्षमता है। मूर के नियम की प्रत्याशित निरंतरता के आधार पर अगले 10 से 20 वर्षों के अंदर एकीकृत परिपथों पर ट्रांजिस्टर के लघुकरण को परमाणु मापदंड पर ले जाने की उम्मीद है एकल-अणु-स्तर परिपथ डिजाइन का यह लक्ष्य पूरे विश्व में अर्धचालकउ द्योग व्यापक होने की संभावना है। <br /> | |||
अन्य अनुप्रयोग चार्ज ट्रांसपोर्ट के क्षेत्र में इन प्रयोगों द्वारा प्रदान की गई अंतर्दृष्टि पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो कि कई रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं में एक आवर्तक घटना है। इस प्रकार की अंतर्दृष्टि शोधकर्ताओं को एक अणु में संग्रहीत रासायनिक जानकारी को इलेक्ट्रॉनिक रूप से पढ़ने की क्षमता देती है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के रासायनिक और [[बायोसेंसर]] अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। | |||
अन्य अनुप्रयोग चार्ज ट्रांसपोर्ट के क्षेत्र में इन प्रयोगों द्वारा प्रदान की गई अंतर्दृष्टि पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो कि कई रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं में एक आवर्तक घटना है। इस प्रकार की अंतर्दृष्टि शोधकर्ताओं को एक अणु में संग्रहीत रासायनिक जानकारी को इलेक्ट्रॉनिक रूप से पढ़ने की क्षमता देती है | |||
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आणविक आचरण (), या एकल अणु का विद्युत चालन, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स में एक भौतिक मात्रा है। आणविक चालकता आसपास की स्थितियों (जैसे पीएच, तापमान, दबाव) साथ ही मापने वाले उपकरण के गुणों पर निर्भर है। इस मात्रा को प्रत्यक्ष रूप से मापने के प्रयास में कई प्रायोगिक विधियों का विकास किया गया है, किन्तु सिद्धांतकारों और प्रयोगवादियों को अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।[1]
वर्तमान ही में विश्वसनीय चालन-माप विधियों के विकास में अधिक प्रगति हुई है। इन विधियों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: आणविक फिल्म प्रयोग जो दसियों अणुओं के समूहों को मापते हैं, और एकल-अणु-माप प्रयोग है ।
आणविक फिल्म प्रयोग
आणविक फिल्म प्रयोगों में सामान्यतः दो इलेक्ट्रोड के बीच अणुओं की एक पतली परत की सैंडविचिंग होती है जो परत के माध्यम से चालन को मापने के लिए उपयोग की जाती है। इस अवधारणा के सबसे सफल कार्यान्वयन में से दो बल्क इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण और नैनोइलेक्ट्रोड के उपयोग में हैं। बल्क इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण में एक आणविक फिल्म को सामान्यतः एक इलेक्ट्रोड पर स्थिर किया जाता है और एक ऊपरी इलेक्ट्रोड को इसके साथ संपर्क में लाया जाता है जिससे अनुप्रयुक्त पूर्वाग्रह वोल्टेज के कार्य के रूप में वर्तमान प्रवाह की माप की अनुमति मिलती है। प्रयोग के नैनोइलेक्ट्रोड वर्ग, परमाणु बल माइक्रोस्कोप युक्तियों और छोटे-त्रिज्या तारों जैसे रचनात्मक रूप से उपयोग करने वाले उपकरणों में, समान प्रकार के वर्तमान बनाम अनुप्रयुक्त बायस मापन करने में सक्षम हैं, किन्तु बल्क इलेक्ट्रोड की तुलना में अणुओं की बहुत कम संख्या पर। उदाहरण के लिए, एक परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी की नोक को एक शीर्ष इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है और टिप के वक्रता के नैनो-स्केल त्रिज्या को देखते हुए, मापे गए अणुओं की संख्या में भारी कमी होती है। इन प्रयोगों में मुख्य रूप से अणुओं की ऐसी पतली परतों से निपटने में कठिनाइयाँ आई हैं जिसके परिणामस्वरूप अक्सर इलेक्ट्रोड को लघु परिपथ करने में समस्या होती है।
एकल-अणु-माप
वर्तमान ही में, एकल-अणु-माप प्रयोग विकसित किए गए हैं जो प्रयोगकर्ताओं को आणविक चालन पर उत्तम नजरिया ला रहे हैं। ये स्कैनिंग जांच की श्रेणियों के अंतर्गत आते हैं जिसमें निश्चित इलेक्ट्रोड और यांत्रिक रूप से गठित जंक्शन विधि सम्मिलित होती है। यांत्रिक रूप से गठित जंक्शन प्रयोग के एक उदाहरण में एक जंगम इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के साथ संपर्क करना और फिर अणुओं की एक परत के साथ लेपित इलेक्ट्रोड सतह से दूर खींचना सम्मिलित है। जैसे ही इलेक्ट्रोड को सतह से हटा दिया जाता है दो इलेक्ट्रोड के बीच बंधे हुए अणु तब तक अलग होने लगते हैं जब तक कि एक अणु जुड़ा नहीं हो जाता। टिप-इलेक्ट्रोड संपर्क के परमाणु-स्तर की ज्यामिति का चालन पर प्रभाव पड़ता है और प्रयोग के एक रन से अगले तक बदल सकता है इसलिए हिस्टोग्राम दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। एक जंक्शन बनाना जिसमें स्पष्ट संपर्क ज्यामिति ज्ञात हो, इस दृष्टिकोण के साथ मुख्य कठिनाइयों में से एक रहा है।
अनुप्रयोग
आणविक स्तर पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लक्ष्य की ओर एक महत्वपूर्ण पहला कदम एक व्यक्तिगत अणु के माध्यम से विद्युत प्रवाह को मापने और नियंत्रित करने की क्षमता है। मूर के नियम की प्रत्याशित निरंतरता के आधार पर अगले 10 से 20 वर्षों के अंदर एकीकृत परिपथों पर ट्रांजिस्टर के लघुकरण को परमाणु मापदंड पर ले जाने की उम्मीद है एकल-अणु-स्तर परिपथ डिजाइन का यह लक्ष्य पूरे विश्व में अर्धचालकउ द्योग व्यापक होने की संभावना है।
अन्य अनुप्रयोग चार्ज ट्रांसपोर्ट के क्षेत्र में इन प्रयोगों द्वारा प्रदान की गई अंतर्दृष्टि पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो कि कई रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं में एक आवर्तक घटना है। इस प्रकार की अंतर्दृष्टि शोधकर्ताओं को एक अणु में संग्रहीत रासायनिक जानकारी को इलेक्ट्रॉनिक रूप से पढ़ने की क्षमता देती है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के रासायनिक और बायोसेंसर अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
संदर्भ
- ↑ Chen F, Hihath J, Huang Z, Li X, Tao NJ. 2007. Measurement of single-molecule conductance. Annu. Rev. Phys. Chem. 58:535-64
