| ← Май 2017 → | ||||||
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
8
|
9
|
10
|
11
|
13
|
14
|
|
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
21
|
|
22
|
23
|
24
|
25
|
26
|
28
|
|
|
29
|
30
|
31
|
||||
За последние 60 дней ни разу не выходила
Сайт рассылки:
http://elementy.ru
Открыта:
09-05-2006
Статистика
-1 за неделю
Создан диод из девяти атомов углерода
 Создан диод из девяти атомов углерода26.05.2017
 Испанские ученые показали, что молекулу простого органического вещества нонадиин-1,8 можно использовать как молекулярный диод. Этот самый маленький в мире диод к тому же оказался очень эффективным, и в отличие от ранее созданных молекулярных диодов он способен работать при комнатной температуре. Одно из главных направлений в развитии электроники — миниатюризация. Электронные схемы и их компоненты становятся всё меньше и меньше. Однако уменьшить привычные для нас электронные схемы на основе кремния, германия и других полупроводниковых материалов (см. Полупроводники) можно лишь до определенного предела. Поэтому вот уже пару десятков лет интенсивно ведутся разработки в области молекулярной электроники, в которой электронными компонентами служат отдельные молекулы. Уже известны молекулярные провода, молекулярные логические элементы, молекулярные диоды и молекулярные транзисторы. Исследователи из Барселонского университета, работающие в группе Исмаэля Диеса-Переса (Ismael Díez-Pérez), смогли продемонстрировать, что одна молекула нонадиина-1,8 на кремниевой подложке работает как диод (рис. 1). Эта молекула состоит всего лишь из девяти атомов углерода и двенадцати атомов водорода (С9Н12). Таким образом, созданный диод очень маленький даже по меркам молекулярной электроники. Возможно, некоторые читатели, прочитав слово «диод», представили себе маленькие светящиеся огоньки — светоизлучающие диоды. Однако в данном случае имеется в виду не источник света, а устройство, пропускающее электрический ток в одном направлении и блокирующее его протекание в противоположном. Такие устройства — один из базовых компонентов электронных схем. Нонадиин-1,8 относится к классу терминальных диинов — молекул, содержащих две тройные связи углерод-углерод, которые расположены на противоположных концах углеродной цепи. Такие терминальные диины были синтезированы во второй половине ХХ века и находили применение, например, в получении синтетических полимеров. На макроскопическом уровне ни нонадиин-1,8, ни родственные по структуре соединения не проводят электрический ток. Исследователи использовали мол екулу углеводорода с двумя тройными связями не как обычный электрический контакт, а как контакт для туннельного тока, который возникает при «проскоке» носителя заряда между электродами — туннельном переходе (наиболее известно туннелирование электрона). Дииновый молекулярный диод закрепляется на частично гидрированной — содержащей связи Si–H — поверхности кремния. Происходит это в результате инициируемой ультрафиолетовым излучением реакции гидросилилирования — присоединения связи Si–H к кратной связи на одном из концов молекулы нонадиина. (Эта реакция протекает аналогично изучаемым в школе реакциям присоединения водорода Н–Н или хлороводорода H–Cl к двойным или тройным связям.) Вторая тройная связь — на другом кон це молекулы диина — остается свободной для возможности электрического контакта с внешними электронами. Это и позволяет исходно симметричной молекуле вести себя по-разному с электронами, движущимися в противополжных направлениях — к подложке или от нее. Для проверки работы диода исследователи разработали особую методологию эксперимента, которую они назвали «мерцающее тестирование» («blinking test»). Поверхность кремния с закрепленными на ней молекулами нонадиина-1,8 изучали с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Когда изготовленный из золота зонд микроскопа контактировал с молекулой нонадиина (рис. 2, а), электрическая цепь замыкалась, при этом регистрировалось скачкообразное увеличение силы тока — «мерцание» (рис. 2, b). Периодически изменяя полярность напряжения, исследователи подтвердили одностороннюю проводимость диода (рис. 2, с).  Рис. 2. Схема эксперимента. a — молекула нонадиина-1,8 участвует в замыкании и размыкании электрической цепи между золотым зондом микроскопа и кремниевой подложкой. b — регистрация «мерцания», возникающего в результате связывания молекулярным диодом двух электродов при напряжении в −0.8В. На верхнем графике видны скачкообразное увеличение силы туннельного тока, возникающее при контакте зонда микроскопа с молекулой, незначительные (сравнимые с ошибкой измерения) колебания силы � �ока в момент контакта зонд–молекула и резкое снижение силы тока до исходного значения при потере контакта. c — односторонняя проводимость диода при изменении напряжения от −2 до +2 В. Видно, что при –2 В (нижний график) наблюдается резкое увеличение силы туннельного тока (верхний график) до 120 микроампер (весь пик, иллюстрирующий рост силы тока, просто не поместился на иллюстрации), смена полярности и потенциал +2 В позволял регистрировать ток силой только в 30 наноампер — в 4000 раз меньше. Рисунок � �з обсуждаемой статьи в Nature Communications Начав работу с изучения поверхности кремния, покрытой сотнями или десятками молекул нонадиина-1,8, за счет увеличения точности сканирования и измерений исследователям удалось быстро адаптировать метод для изучения электрического контакта с участием одной отдельно взятой молекулы. Интересно, что близкие по строению молекулы, например, нонин-1, который обладает только одной тройной связью, не могут выступать в качестве электрических контактов. Вероятно, вторая тройная связь нонадиина или связанный с ней атом водорода (обр азующий с двумя последними атомами углерода прямую линию C≡C–H) играет роль своеобразной антенны, облегчающей туннельный перенос электрона. Созданный диод интересен не только размером — его эффективность уникальна для электронных компонентов такого типа. Эффективность диодов обычно определяется значением коэффициента выпрямления — отношением прямого тока к обратному току. Для нового диода коэффициент выпрямления достигает примерно 4000. Это на два порядка больше коэффициента выпрямления первого молекулярного диода, полученного в 2009 году при участии самого Исмаэля Диеса-Переса, а также Ивана Олейника из Института химическо й физики им. Н. Н. Семенова РАН (I. Díez-Pérez et al., 2009. Rectification and stability of a single molecular diode with controlled orientation). Помимо этого диод из нонадиина-1,8 обладает высокой устойчивостью — он может работать при комнатной температуре, в то время как диоды 2009 года (несколько полученных тогда молекул с односторонней проводимостью представляли собой различные комбинации ароматических колец) могли работать только при температуре, близкой к абсолютному нулю (около 10 К). Высокая эффективность и устойчивость нового диода позволяет говорить о том, что объединение возможностей органической химии и наработанных подходов к работе с микросхемами из кремния может послужить основой для настоящего прорыва в молекулярной электронике. Конечно, до массового применения таких молекулярных диодов еще далеко — несмотря на то, что новый диод значительно лучше своих предшественников, до применения таких устройств в электронных схемах нужно увеличить и термостабильность, и стабильность по току, и в� �емя жизни. Тем не менее исследователи уверены, что продлить время стабильной работы молекулярного диода от нескольких секунд до нескольких месяцев — вполне реальная перспектива. В любом случае результаты изучения молекулярного диода окажутся полезными уже в ближайшей перспективе — разработанный и успешно использованный «метод мерцания» может пригодиться для изучения закономерностей переноса электрического заряда и для других систем, в которых поверхность металла или полупроводника будет модифицирована органич� �скими молекулами различного строения. Источник: Albert C. Aragonès, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Fausto Sanz, J. Justin Gooding & Ismael Díez-Pérez. Single-molecule electrical contacts on silicon electrodes under ambient conditions // Nature Communications. 2017. 8. DOI:10.1038/ncomms15056. Аркадий Курамшин Предыдущие новостиВ московских парках стало меньше соловьевОбыкновенный соловей — обычная в средней полосе России птица, гнездящаяся даже в крупных городах. Немало соловьев живет и в Москве, однако в последние годы его численность упала более чем на 30%, а кое-где этот вид исчез полностью. В конце мая в ряде городов России проходит акция «Соловьиные вечера», во время которой все желающие могут сообщить о встречах пернатых певцов. В этом году учет пройдет в выходные 27–28 мая. 25.05.2017
Вредные мутации в геноме усиливают влияние друг другаМеждународная группа, включающая ученых из России, США и Голландии, показала, что влияние вредных мутаций на приспособленность зависит от присутствия в геноме других вредных мутаций: чем их там больше, тем вреднее последующие мутации. Такое взаимодействие между мутациями позволяет отрицательному отбору эффективнее удалять вредные аллели из популяции. Эти результаты могут отчасти объяснить, почему популяции живых существ не вымирают, несмотря на высокую скорость возникновения вредных генетических изменений. 24.05.2017
Ученые выяснили, почему самки дрозофил становятся агрессивными после спариванияБиологи из Оксфордского университета показали, что у самок плодовых мушек Drosophila melanogaster агрессивность по отношению к другим самкам резко усиливается после спаривания. Такое изменение поведения, возможно, помогает самке обеспечить себя и потомство дефицитными ресурсами. Эксперименты с мутантными самками, не способными к производству яиц, показали, что, по-видимому, женская агрессивность напрямую стимулируется сперматозоидами и другими компонентами семенной жидкости. 22.05.2017
Плохие соседи портят кровьСложилось твердое убеждение, что рак — злокачественное перерождение клетки — происходит вследствие возникающих в ней мутаций. Американские ученые показали, что это не всегда так. В экспериментах на мышах они обнаружили, что лейкемия (рак крови) может возникнуть из-за мутаций не только в кроветворных клетках, но и в их микроокружении. Полученные результаты имеют большое значение как для теоретической онкологии, так и, возможно, для клинической практики. 19.05.2017
Паразиты птерозавров оказались заядлыми ныряльщикамиРоссийские палеонтологи обнаружили у раннемеловой протоблохи Saurophthirus дыхательную систему, адаптированную к водному образу жизни. Открытие заставляет пересмотреть представления о жизненном цикле этих паразитов. Возможно, напившись крови, они ныряли для откладки яиц в водоем. По другой версии, эти насекомые кормились на плавающих птерозаврах и были ныряльщиками поневоле. 18.05.2017
Могут ли растения слышать шум воды?Специалисты по биоакустике проверили, могут ли проростки гороха определять направление на воду по звуку. Результаты исследования позволяют предположить, что растения могут чаще пускать корни в сторону, откуда по почве распространяется шум текущей воды. Это согласуется с предыдущими исследованиями, показавшими, что растения могут воспринимать акустические колебания, однако далекоидущие выводы пока явно преждевременны. 17.05.2017
Сахар-рафинад послужил матрицей для эластичного аккумулятораАмериканские ученые разработали метод получения эластичных аккумуляторов, используя кубики сахара в качестве шаблона для получения гибких электродов. Полученный таким образом натрий-ионный аккумулятор по своим электрохимическим свойствам не уступает литий-ионным. Это очень важно для использования в работе гибкой переносимой электроники. Однако до коммерциализации разработки необходимо выполнить ряд улучшений — продлить время его жизни, а также получить большие по размеру и емкости источники питания. 16.05.2017
Новые данные о примитивных людях из пещеры Райзинг Стар заставляют пересмотреть историю человеческого родаНедавно в южноафриканской пещере Райзинг Стар были найдены многочисленные кости неизвестного ранее вида примитивных людей, получившего название Homo naledi. Датировки, полученные несколькими независимыми методами в разных лабораториях, показали, что эти люди жили всего лишь 335–236 тысяч лет назад, одновременно с гораздо более продвинутыми представителями человеческого рода. Эти данные вносят существенные коррективы в сложившиеся представления об антропогенезе. 15.05.2017
Круглые черви реагируют на физические нагрузки так же, как людиУченые из США и Бельгии показали, что круглый червь Caenorhabditis elegans так же способен к физическим тренировкам, как и мы. И, более того, физиологические изменения и изменения активности ряда генов, вызванные единичной тренировкой, у червей аналогичны тому, как реагируют на нагрузку млекопитающие. Результаты исследования открывают новые горизонты для раскрытия физиологических, биохимических и прочих основ воздействия физических тренировок на наше здоровье. 12.05.2017
|
| В избранное | ||
Рис. 1. Химическое строение нонадиина-1,8 (слева) и схема строения монослоя, который он образует на поверхности гидрированного кремния (справа). В названии этого вещества нона- показывает, что оно содержит 9 атомов углерода, ди-ин — что две из восьми связей между этими атомами — тройные; 1,8 указывает на то, что это связи между первым и вторым и восьмым и девятым атомами. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications