आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स

For quantum mechanical study of the electron distribution in a molecule, see stereoelectronics.

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए आणविक निर्माण ब्लॉकों का अध्ययन और अनुप्रयोग है।यह एक अंतःविषय क्षेत्र है जो भौतिकी, रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान को फैलाता है।एकीकृत सुविधा इलेक्ट्रॉनिक घटकों को गढ़ने के लिए आणविक निर्माण ब्लॉकों का उपयोग है।गुणों के आणविक-स्तरीय नियंत्रण द्वारा पेश किए गए इलेक्ट्रॉनिक्स में आकार में कमी की संभावना के कारण, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स ने बहुत उत्साह उत्पन्न किया है।यह छोटे पैमाने पर पारंपरिक सिलिकॉन एकीकृत सर्किट की अग्रिम सीमाओं से परे मूर के नियम का विस्तार करने के लिए एक संभावित साधन प्रदान करता है।

आणविक पैमाना इलेक्ट्रॉनिक्स

Main article: Molecular scale electronics

आणविक स्केल इलेक्ट्रॉनिक्स, जिसे एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स भी कहा जाता है, नैनो टेक्नोलॉजी की एक शाखा है जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों के रूप में एकल अणुओं, या एकल अणुओं के नैनोस्केल संग्रह का उपयोग करती है। क्योंकि एकल अणु संभवत: सबसे छोटी स्थिर संरचनाओं का गठन करते हैं, यह लघुकरण विद्युत सर्किट को सिकोड़ने के लिए अंतिम लक्ष्य है।

पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण पारंपरिक रूप से थोक सामग्री से बने होते हैं। थोक तरीकों की अंतर्निहित सीमाएं हैं, और तेजी से मांग और महंगी बढ़ रही हैं। इस प्रकार, विचार का जन्म हुआ कि घटकों को इसके बजाय परमाणु द्वारा परमाणु द्वारा एक रसायन विज्ञान प्रयोगशाला (नीचे) में परमाणु द्वारा बनाया जा सकता है, क्योंकि उन्हें थोक सामग्री (शीर्ष नीचे) से बाहर नक्काशी करने का विरोध किया गया था। एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स में, थोक सामग्री को एकल अणुओं द्वारा बदल दिया जाता है। यही है, एक पैटर्न 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 गुण होते हैं जो पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों जैसे कि तार, ट्रांजिस्टर या रेक्टिफायर से मिलते जुलते हैं। एक पारंपरिक 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 साइटों से बना एक सैद्धांतिक आणविक रेक्टिफायर का प्रस्ताव किया था जो एक दूसरे से अछूता हैं। एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स एक उभरता हुआ क्षेत्र है, और विशेष रूप से आणविक आकार के यौगिकों से युक्त पूरे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट अभी भी महसूस किए जाने से बहुत दूर हैं। हालांकि, अधिक कंप्यूटिंग शक्ति के लिए निरंतर मांग, साथ में वर्तमान दिन की अंतर्निहित सीमाओं के साथ लिथोग्राफिक तरीकों से संक्रमण अपरिहार्य लगता है। वर्तमान में, ध्यान दिलचस्प गुणों के साथ अणुओं की खोज करने और आणविक घटकों और इलेक्ट्रोड की थोक सामग्री के बीच विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संपर्क प्राप्त करने के तरीके खोजने पर है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स 100 नैनोमीटर से कम दूरी के क्वांटम दायरे में संचालित होता है। एकल अणुओं के लिए लघुकरण नीचे एक शासन में पैमाने को नीचे लाता है जहां क्वांटम यांत्रिकी प्रभाव महत्वपूर्ण हैं। पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों में मामले के विपरीत, जहां इलेक्ट्रॉनों को बिजली के आवेश के निरंतर प्रवाह की तरह कम या ज्यादा भरा या खींचा जा सकता है, एक एकल इलेक्ट्रॉन का स्थानांतरण सिस्टम को काफी बदल देता है। चार्जिंग के कारण ऊर्जा की महत्वपूर्ण मात्रा को सेटअप के इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बारे में गणना करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए और आस -पास की सतहों के संचालन के लिए दूरी के लिए अत्यधिक संवेदनशील है।

एक रोटैक्सेन का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व, एक आणविक स्विच के रूप में उपयोगी है

एकल अणुओं पर मापने के साथ सबसे बड़ी समस्याओं में से एक केवल एक अणु के साथ प्रजनन योग्य विद्युत संपर्क स्थापित करना और इलेक्ट्रोड को शॉर्टकट किए बिना ऐसा करना है।क्योंकि वर्तमान फोटोलिथोग्राफिक तकनीक इलेक्ट्रोड अंतराल का उत्पादन करने में असमर्थ है, जो परीक्षण किए गए अणुओं के दोनों छोरों से संपर्क करने के लिए काफी छोटा है (नैनोमीटर के क्रम में) वैकल्पिक रणनीतियों को उपयोग में रखा जाता है।इनमें आणविक-आकार के अंतराल शामिल हैं जिन्हें ब्रेक जंक्शन कहा जाता है, जिसमें एक पतला इलेक्ट्रोड तब तक फैला हुआ है जब तक कि यह टूट जाता है।गैप आकार के मुद्दे पर आने के तरीके में से एक आणविक कार्यात्मक नैनोकणों (इंटर्ननोपार्टिकल रिक्ति अणुओं के आकार में सक्षम है) और बाद में जगह विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा लक्ष्य अणु को फंसाने के द्वारा अंतराल आकार का मुद्दा है। 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। 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 कनेक्शन 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। 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। एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सबसे बड़ी बाधाओं में से एक व्यावसायिक रूप से शोषण किया जाता है, एक आणविक आकार के सर्किट को थोक 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, जिन्होंने पूर्वनिर्मित सामग्रियों का उपयोग करने के बजाय परमाणुओं और अणुओं से इलेक्ट्रॉनिक्स विकसित करने की एक निचली प्रक्रिया का सुझाव दिया, एक विचार जो उन्होंने आणविक इंजीनियरिंग का नाम दिया।हालांकि मैदान में पहली सफलता है 1974 में रैटनर और अविराम के कई लेखों द्वारा विचार किया गया। आणविक रेक्टिफायर नामक इस लेख में, उन्होंने दाता स्वीकर्ता समूहों के साथ एक संशोधित चार्ज-ट्रांसफर अणु के माध्यम से परिवहन की एक सैद्धांतिक गणना प्रस्तुत की, जो केवल एक दिशा में परिवहन की अनुमति देगा, अनिवार्य रूप से एक अर्धचालक डायोड की तरह।यह एक सफलता थी जिसने आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में कई वर्षों के शोध को प्रेरित किया।

इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आणविक सामग्री

Further information: Conductive polymer and Organic electronics

पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (x = s)।

प्रवाहकीय पॉलिमर का सबसे बड़ा लाभ उनकी प्रक्रिया है, मुख्य रूप से फैलाव द्वारा।प्रवाहकीय पॉलिमर प्लास्टिक नहीं हैं, यानी, 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 और उन्नत फैलाव।

The linear-backbone polymers such as polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline are the main classes of conductive polymers. Poly(3-alkylthiophenes) are the archetypical materials for solar cells and transistors.

Conducting polymers have backbones of contiguous sp² hybridized carbon centers. One valence electron on each center resides in a p_z orbital, which is orthogonal to the other three sigma-bonds. The electrons in these delocalized orbitals have high mobility when the material is doped by oxidation, which removes some of these delocalized electrons. Thus the conjugated p-orbitals form a one-dimensional electronic band, and the electrons within this band become mobile when it is emptied partly. Despite intensive research, the relationship between morphology, chain structure, and conductivity is poorly understood yet. उनकी खराब प्रक्रिया के कारण, प्रवाहकीय पॉलिमर में कुछ बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग होते हैं।वे एंटीस्टैटिक सामग्रियों में कुछ वादा करते हैं and have been built into commercial displays and batteries, but have had limits due to the production costs, material inconsistencies, toxicity, poor solubility in solvents, and inability to directly melt process. Nevertheless, conducting polymers are rapidly gaining attraction in new uses with increasingly processable materials with better electrical and physical properties and lower costs. With the availability of stable and reproducible dispersions, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polyaniline have gained some large-scale applications. While PEDOT is mainly used in antistatic applications and as a transparent conductive layer in the form of PEDOT and polystyrene sulfonic acid (PSS, mixed form: PEDOT:PSS) dispersions, polyaniline is widely used to make printed circuit boards, in the final finish, to protect copper from corrosion and preventing its solderability. पॉलिमर के संचालन के नए नैनोस्ट्रक्चर रूप इस क्षेत्र को उनके उच्च सतह क्षेत्र और बेहतर फैलाव के साथ ताजा प्रेरणा 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

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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