आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स
एक अणु मे इलेक्ट्रॉन वितरण के क्वांटम यांत्रिक अध्ययन के लिए,स्टीरियोइलेक्ट्रानिक्स देखें ।
आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए आणविक निर्माण खंड का अध्ययन और अनुप्रयोग है। यह एक अंतःविषय क्षेत्र है जो भौतिकी, रसायन विज्ञान और भौतिक विज्ञान को फैला है। एकीकृत वैशिष्ट्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को बनाने के लिए आणविक निर्माण खंड का उपयोग है। गुणों के आणविक-स्तरीय नियंत्रण द्वारा पेश किए गए इलेक्ट्रॉनिक्स के आकार में कमी की संभावना के कारण, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स ने बहुत आवेश उत्पन्न किया है। यह मूर के नियम को छोटे पैमाने पर व्यावहारिक सिलिकॉन एकीकृत परिपथों की अग्रिम सीमाओं का विस्तार करने के लिए एक संभावित साधन प्रदान करता है।[1]
आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स पैमाना
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आणविक इलेक्ट्रानिक्स पैमाना, जिसे एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स भी कहा जाता है, नैनो तकनीक की एक शाखा है जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों के रूप में एकल अणुओं, या एकल अणुओं के नैनोपैमाना संग्रह का उपयोग करती है। क्योंकि एकल अणु संभवत: सबसे छोटी स्थिर संरचनाओं का निर्माण करते हैं, इसलिए यह लघुकरण विद्युत परिपथ सिकोड़ने के लिए अंतिम लक्ष्य है।
व्यवहारिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण व्यवहारिक रूप से विस्तृत सामग्री से बने होते हैं। विस्तृत विधियों मे अंतर्निहित सीमाएं होती हैं, और तेजी से मांग और महंगी होती जा रही हैं। इस प्रकार, यह विचार उत्पन्न हुआ कि घटकों को परमाणु द्वारा एक रसायन विज्ञान प्रयोगशाला (नीचे से शीर्ष) में परमाणु द्वारा बनाया जा सकता है, क्योंकि उन्हें विस्तृत सामग्री (शीर्ष से नीचे) से बाहर निकालने का विरोध किया जाता है। एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स में, विस्तृत सामग्री को एकल अणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यथार्थ, एक आदर्श पाड़ के बाद सामग्री को हटाकर या लागू करके संरचनाएं बनाने के बजाय, परमाणुओं को एक रसायन विज्ञान प्रयोगशाला में एक साथ रखा जाता है। उपयोग किए गए अणुओं में ऐसे गुण होते हैं जो क्रमागत इलेक्ट्रॉनिक घटकों जैसे कि तार, ट्रांजिस्टर या दिष्टकारी के समान होते हैं। एक क्रमागत इलेक्ट्रॉनिक घटक के रूप में एक अणु का उपयोग करने की यह अवधारणा पहली बार 1974 में अविराम और रैटनर द्वारा प्रस्तुत की गई थी, जब उन्होंने दाता और स्वीकर्ता स्थितियो से बना एक सैद्धांतिक आणविक दिष्टकारी का प्रस्ताव किया था जो एक दूसरे से अछूता हैं।[2]
एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स एक उभरता हुआ क्षेत्र है, और विशेष रूप से आणविक आकार के यौगिकों से युक्त सम्पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक परिपथ अभी भी अनुभव किए जाने से बहुत दूर हैं। हालांकि, अधिक अभिकलन क्षमता के लिए निरंतर मांग, वर्तमान समय मे पाषाण लेखन विधियों की अंतर्निहित सीमाओं के साथ साथ परिवर्तन अवश्य प्रतीत होता है। वर्तमान में, रोचक गुणों के साथ अणुओं की खोज करने और आणविक घटकों और इलेक्ट्रोड की विस्तृत सामग्री के बीच विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संपर्क प्राप्त करने के तरीके खोजने पर ध्यान केंद्रित किया गया है।
आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स 100 नैनोमीटर से कम दूरी के क्वांटम दायरे में संचालित होता है। एकल अणुओं के लिए लघुकरण पैमाने को एक ऐसी व्यवस्था में नीचे लाता है जहां क्वांटम यांत्रिकी प्रभाव महत्वपूर्ण होता हैं। व्यवहारिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों में स्थिति के विपरीत, जहां इलेक्ट्रॉनों को विद्युत आवेश के निरंतर प्रवाह की तरह कम या ज्यादा भरा या निकाला जा सकता है, एकल इलेक्ट्रॉन का स्थानांतरण प्रणाली को महत्वपूर्ण रूप से बदल देता है। स्थापित इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बारे में गणना करते समय आवेशन के कारण ऊर्जा की पर्याप्त मात्रा को ध्यान में रखा जाना चाहिए और आस -पास की संवाहक सतहों के संचालन के लिए दूरी के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है।
एकल अणुओं पर मापने के साथ सबसे बड़ी समस्याओं में से केवल एक अणु के साथ पुनरुत्पादित और इलेक्ट्रोड को संक्षिप्त रूप से किए बिना विद्युत संपर्क स्थापित करना है। क्योंकि वर्तमान प्रकाश अश्मलेखन तकनीक परीक्षण किए गए अणुओ के दोनों सिरों से संपर्क करने के लिए पर्याप्त छोटे इलेक्ट्रोड अंतराल का उत्पादन करने में असमर्थ है, (नैनोमीटर के क्रम में) वैकल्पिक रणनीतियों को उपयोग में रखा जाता है। इनमें आणविक-आकार के अंतराल सम्मिलित हैं जिन्हें अंतराल संयोजन कहा जाता है, जिसमें एक पतला इलेक्ट्रोड तब तक फैला रहता है जब तक कि वह टूट न जाए। अंतराल के आकार के मुद्दे पर काबू पाने के तरीके में से एक आणविक कार्यात्मक नैनोकणों (इंटर्ननोपार्टिकल रिक्ति अणुओं के आकार में सक्षम है) और बाद में स्थान विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा लक्ष्य अणु को फंसाने के द्वारा अंतराल आकार का मुद्दा है।[3] एक अन्य विधि एक धातु सब्सट्रेट के दूसरे छोर पर पालन किए गए अणुओं से संपर्क करने के लिए एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) की नोक का उपयोग करना है।[4] इलेक्ट्रोड के लिए अणुओं को लंगर करने के लिए एक और लोकप्रिय तरीका है सोने के लिए सल्फर के उच्च रासायनिक आत्मीयता का उपयोग करना;हालांकि, एंकरिंग गैर-विशिष्ट है और इस प्रकार अणुओं को बेतरतीब ढंग से सभी सोने की सतहों पर लंगर डालती है, और संपर्क प्रतिरोध एंकरिंग की साइट के आसपास सटीक परमाणु ज्यामिति पर अत्यधिक निर्भर है और इस तरह से संयोजन की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने की क्षमता से समझौता करता है।बाद के मुद्दे को दरकिनार करने के लिए, प्रयोगों से पता चला है कि फुलरीन बड़े संयुग्मित π- सिस्टम के कारण सल्फर के बजाय उपयोग के लिए एक अच्छा उम्मीदवार हो सकता है जो सल्फर के एक परमाणु की तुलना में एक बार में कई और परमाणुओं से संपर्क कर सकता है।[5] धातु इलेक्ट्रोड से अर्धचालक इलेक्ट्रोड में बदलाव अधिक अनुरूप गुणों के लिए और इस प्रकार अधिक दिलचस्प अनुप्रयोगों के लिए अनुमति देता है।अर्धचालक-केवल इलेक्ट्रोड का उपयोग करके कार्बनिक अणुओं से संपर्क करने के लिए कुछ अवधारणाएं हैं, उदाहरण के लिए, अणुओं द्वारा पपड़ी के लिए इलेक्ट्रॉनिक बाधा के रूप में उपयोग किए जाने वाले व्यापक बैंडगैप सामग्री इंडियम फॉस्फाइड के एक एम्बेडेड खंड के साथ इंडियम आर्सेनाइड नैनोवायर का उपयोग करके।[6]
एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सबसे बड़ी बाधाओं में से एक व्यावसायिक रूप से शोषण किया जाता है, एक आणविक आकार के परिपथ को विस्तृत इलेक्ट्रोड से जोड़ने के लिए साधन की कमी है जो प्रजनन योग्य परिणाम देता है।यह भी समस्या यह है कि एकल अणुओं पर कुछ माप क्रायोजेनिक तापमान पर, पूर्ण शून्य के पास किए जाते हैं, जो बहुत ऊर्जा खपत है।
इतिहास
इतिहास में पहली बार आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स का उल्लेख 1956 में जर्मन भौतिक विज्ञानी आर्थर वॉन हिप्पल द्वारा किया गया था,[7] जिन्होंने पूर्वनिर्मित सामग्रियों का उपयोग करने के बजाय परमाणुओं और अणुओं से इलेक्ट्रॉनिक्स विकसित करने की एक उर्घ्वगामी प्रक्रिया का सुझाव दिया, एक विचार जिसे उन्होंने आणविक इंजीनियरिंग का नाम दिया। हालांकि इस क्षेत्र मे पहली सफलता को 1974 में रैटनर और अविराम के कई लेखों द्वारा विचार किया गया।[8] आणविक दिष्टकारी नामक इस लेख में, उन्होंने दाता स्वीकर्ता समूहों के साथ एक संशोधित आवेश-परिवर्तक अणु के माध्यम से वहन करने की एक सैद्धांतिक गणना प्रस्तुत की, जो केवल एक दिशा में वहन करने की अनुमति देगा,जो अनिवार्य रूप से एक अर्धचालक डायोड के समान है, यह एक ऐसी सफलता थी जिसने आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में कई वर्षों के शोध को प्रेरित किया।
इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आणविक सामग्री
प्रवाहकीय पॉलिमर का सबसे बड़ा लाभ उनकी प्रक्रिया है, मुख्य रूप से फैलाव द्वारा।प्रवाहकीय पॉलिमर प्लास्टिक नहीं हैं, यथार्थ, वे थर्मोफॉर्मेबल नहीं हैं, फिर भी वे कार्बनिक पॉलिमर हैं, जैसे (इन्सुलेटिंग) पॉलिमर।वे उच्च विद्युत चालकता की पेशकश कर सकते हैं, लेकिन अन्य व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले पॉलिमर की तुलना में अलग -अलग यांत्रिक गुण हैं।कार्बनिक संश्लेषण के तरीकों का उपयोग करके विद्युत गुणों को ठीक-ठाक किया जा सकता है[9] और उन्नत फैलाव।[10]
पॉलीएसिटिलीन, पॉलीपीरोल और पॉलीएनिलिन जैसे रैखिक-रीढ़ की हड्डी वाले पॉलिमर प्रवाहकीय पॉलिमर के मुख्य वर्ग हैं। पॉली (3-अल्काइलथियोफेन्स) सौर कोशिकाओं और ट्रांजिस्टर के लिए विशिष्ट सामग्री हैं। .[9]
कंडक्टिंग पॉलिमर में सन्निहित sp 2 संकरित कार्बन केंद्रों की रीढ़ होती है। प्रत्येक केंद्र पर एक संयोजकता इलेक्ट्रॉन ap z कक्षक में रहता है, जो अन्य तीन सिग्मा-बंधों के लिए ओर्थोगोनल है। इन डेलोकाइज्ड ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता होती है जब सामग्री को ऑक्सीकरण द्वारा डोप किया जाता है, जो इनमें से कुछ डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉनों को हटा देता है। इस प्रकार संयुग्मित पी-ऑर्बिटल्स एक-आयामी इलेक्ट्रॉनिक बैंड बनाते हैं, और इस बैंड के भीतर इलेक्ट्रॉन आंशिक रूप से खाली होने पर मोबाइल बन जाते हैं। गहन शोध के बावजूद, आकृति विज्ञान, श्रृंखला संरचना और चालकता के बीच संबंध को अभी तक कम समझा गया है।.[12]
उनकी खराब प्रक्रिया के कारण, प्रवाहकीय पॉलिमर में कुछ बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग होते हैं। उनके पास एंटीस्टेटिक सामग्री [13] में कुछ वादा है और वाणिज्यिक डिस्प्ले और बैटरी में बनाया गया है, लेकिन उत्पादन लागत, सामग्री असंगतता, विषाक्तता, सॉल्वैंट्स में खराब घुलनशीलता, और सीधे पिघलने की प्रक्रिया में असमर्थता के कारण सीमाएं हैं। फिर भी, बेहतर विद्युत और भौतिक गुणों और कम लागत के साथ तेजी से संसाधित सामग्री के साथ नए उपयोगों में पॉलिमर का संचालन तेजी से आकर्षण प्राप्त कर रहा है। स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य फैलाव की उपलब्धता के साथ, पॉली (3,4-एथिलीनडायऑक्सिथियोफीन) (पेडोट) और पॉलीएनिलिन ने कुछ बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग प्राप्त किए हैं। जबकि PEDOT मुख्य रूप से एंटीस्टेटिक अनुप्रयोगों में और PEDOT और पॉलीस्टाइनिन सल्फोनिक एसिड (PSS, मिश्रित रूप: PEDOT: PSS) फैलाव के रूप में एक पारदर्शी प्रवाहकीय परत के रूप में उपयोग किया जाता है, पॉलीएनिलिन का व्यापक रूप से मुद्रित परिपथ बोर्ड बनाने के लिए उपयोग किया जाता है, अंतिम रूप में, तांबे को जंग से बचाने और इसकी सोल्डरेबिलिटी को रोकने के लिए।[10] पॉलिमर के संचालन के नए नैनोसंरचित रूप इस क्षेत्र को उनके उच्च सतह क्षेत्र और बेहतर फैलाव के साथ ताजा गति प्रदान करते हैं।
यह भी देखें
- आणविक यांत्रिकी मॉडलिंग के लिए सॉफ्टवेयर की तुलना
- आणविक चालन
- आणविक तारों
- कार्बनिक अर्धचालक
- एकल-अणु चुंबक
- स्पिन संक्रमण
- अनिमूलेक्यूलर रेक्टिफायर
- नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स
- आणविक पैमाना इलेक्ट्रॉनिक्स
- मार्क रैटनर
- मार्क रीड (भौतिक विज्ञानी)
- जेम्स टूर
संदर्भ
- ↑ Petty, M.C.; Bryce, M.R. & Bloor, D. (1995). Introduction to Molecular Electronics. New York: Oxford University Press. pp. 1–25. ISBN 0-19-521156-1.
- ↑ Aviram, Arieh; Ratner, Mark A. (15 November 1974). "Molecular rectifiers". Chemical Physics Letters (in English). 29 (2): 277–283. Bibcode:1974CPL....29..277A. doi:10.1016/0009-2614(74)85031-1.
- ↑ Jafri, S. H. M.; et al. (2010). "Assessment of a nanoparticle bridge platform for molecular electronics measurements". Nanotechnology. 21 (43): 435204. Bibcode:2010Nanot..21Q5204J. doi:10.1088/0957-4484/21/43/435204. PMID 20890018.
- ↑ Gimzewski, J.K.; Joachim, C. (1999). "Nanoscale science of single molecules using local probes". Science. 283 (5408): 1683–1688. Bibcode:1999Sci...283.1683G. doi:10.1126/science.283.5408.1683. PMID 10073926.
- ↑ Sørensen, J.K. Archived 2016-03-29 at the Wayback Machine. (2006). "Synthesis of new components, functionalized with (60)fullerene, for molecular electronics". 4th Annual meeting - CONT 2006, University of Copenhagen.
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- ↑ Skotheim, T., Elsenbaumer, R., Reynolds, J., Eds.; Handbook of Conducting Polymers, 2nd ed.; Marcel Dekker, Inc.: New York, NY, USA, 1998
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अग्रिम पठन
- Heath, J. R. (2009). "Molecular Electronics". Annual Review of Materials Research. 39: 1–23. Bibcode:2009AnRMS..39....1H. doi:10.1146/annurev-matsci-082908-145401.
बाहरी संबंध
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