Μοριακά Ηλεκτρονικά. Θερινό Σχολείο 2005 Ν.Γλέζος, Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής, ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος»

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μοριακά Ηλεκτρονικά. Θερινό Σχολείο 2005 Ν.Γλέζος, Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής, ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος»"

Αφροδίσια Λαγός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Μοριακά Ηλεκτρονικά 1 1. R.Waser, Nanoelectronics and Information Technology, ch.5,20, Wiley-Vch, Davidov, Quantum Mechanics, Pergamon Press, Τραχανάς, Κβαντική Μηχανική ΙΙΙ, Παν. Εκδ. Κρήτης, C. Joachim, J. K. Gimzewski & A. Aviram, Electronics using hybridmolecular and mono-molecular devices, Nature Materials today (July August 2005) Assessing the potential of molecular electronics,

2 Περιεχόµενα 2 1. Μοριακά τροχιακά 1. Οµοιοπολικός δεσµός, µοντέλο του µορίου του Υδρογόνου 2. Υβριδισµός τροχιακών 3. Συζυγείς αλυσίδες ανθράκων, µοντέλο του Hoeckel 2. Μοριακές διατάξεις 1. Ενδοµοριακές διατάξεις 2. Μοριακό τρανζίστορ 3. Αρνητική Αντίσταση 4. Μοριακές µνήµες 3. Οργανικά Τρανζίστορ

Υβριδισµός τροχιακών 3. Συζυγείς αλυσίδες ανθράκων, µοντέλο του Hoeckel 2.

3 Ηλεκτρονικά τροχιακά στο άτοµο του Υδρογόνου 3

4 Πολικά διαγράµµατα τροχιακών 4

5 Ιδιότητες της κυµατοσυνάρτησης δύο ηλεκτρονίων 5 εν µπορούν να βρεθούν δύο ηλεκτρόνια στην ίδια θέση και µε τις ίδιες παραµέτρους spin (Pauli) Ψ ( r s, r, s ) 0 1, = Ησυνολικήκυµατοσυνάρτηση είναι αντισυµµετρική P ( r, s, r, s ) = Ψ( r, s, r s ) 12 Ψ , 2

spin (Pauli) Ψ ( r s, r, s ) 0 1, 1 1 1 = Ησυνολικήκυµατοσυνάρτηση

6 Περιγραφή µε ατοµικά τροχιακά 6 Ησυνολικήκυµατοσυνάρτηση πρέπει να είναι αντισυµµετρική. Μια συνηθισµένη προσέγγιση είναι να ξεκινάµε γιατην κατασκευή της συνάρτησης από ατοµικά τροχιακά. Προκύπτουν δύο δυνατότητες: Χωρικό µέρος συµ. / spin αντισυµ. -> singlet Χωρικό µέρος αντισυµ. / spin συµ. -> triplet

Μια συνηθισµένη προσέγγιση είναι να ξεκινάµε γιατην κατασκευή της συνάρτησης

7 7 Χηµικός δεσµός στο µόριο του H 2 Heitler-London, 1927 Στη βασική κατάσταση το ηλεκτρονικό ζεύγος βρίσκεται στη singlet κατάσταση µε χωρικό µέρος συµµετρικό.

8 Σύγκριση χηµικού δεσµού µε το µοντέλο δύο πηγαδιών που πλησιάζουν 8 Λόγω συµµετρίας του δυναµικού οι επιτρεπόµενες καταστάσεις είναι είτε συµµετρικές είτε αντισυµµετρικές. Ηχαµηλότερη ενεργειακή κατάσταση είναι συµµετρική.

επιτρεπόµενες καταστάσεις είναι είτε συµµετρικές είτε

9 Υβριδικά τροχιακά 9 Ηλεκτρονική δοµή C 1s 2 2s 2 2p 2 Οσχηµατισµός χηµικών δεσµών στον άνθρακα εξηγείται µετον υβριδισµό των2s 2p τροχιακών. Υπάρχουν τρείς δυνατοί τρόποι συνδυασµού των τροχιακών µε διαφορετική γεωµετρία.

10 Υβριδισµός sp 10 φ ± = s ± p x

11 11 Υβριδισµός sp 2 p x s = φ p x p y s = φ p x p y s = φ o , 6 1 0, 3 2 cos = = = θ θ

12 Υβριδισµός sp 3 12 φ 1 = 1 2 ( s + p + p + p ) x y z φ 3 = 1 2 ( s p + p p ) x y z φ 2 = 1 2 ( s + p p p ) x y z φ 4 = 1 2 ( s p p + p ) x y z ( 1 1 1)( 1 1 1) 1 o cosθ = = θ =

13 LCAO: Μοντέλο του Hückel 13 Εξετάζεται η επικάλυψη p τροχιακών κάθετων στην κατεύθυνση του δεσµού σε αλυσίδες µε εναλλασσόµενους απλούςδιπλούς δεσµούς. Τα ολοκληρώµατα επικάλυψης παραµετροποιούνται. Για απλούστευση εξετάζουµε µόνο άµεσους γείτονες.

14 Βασική κατάσταση στο βενζόλιο 14

15 Παράδειγµα αγώγιµου πολυµερούς: Το πολυακετυλένιο 15 Αγωγιµότητα πρίν τον εµπλουτισµό (doping) 10-8 S.cm -1 Αγωγιµότητα µετά τον εµπλουτισµό >10 +3 S.cm -1 Peierls instability Σε ένα µονοδιάστατο κρύσταλλο µετάλλου η επίδραση των ταλαντώσεων πλέγµατος προκαλεί τη δηµιουργία απαγορευµένων ζωνών µε συνέπεια το υλικό να συµπεριφέρεται σαν µονωτής. p-type : Br 2, I 2, HClO 4 (οξείδωση) n-type: K, Na (αναγωγή)

cm -1 Peierls instability Σε ένα µονοδιάστατο κρύσταλλο µετάλλου η επίδραση των ταλαντώσεων πλέγµατος

16 Σχηµατισµός Ζωνών 16

17 Γιατί τα φύλλα είναι πράσινα; 17 Φάσµα απορρόφησης της χλωροφίλης

18 Ετεροκυκλικές ενώσεις µε σηµασία στα µοριακά ηλεκτρονικά 18

19 Ηαρχή: Μοριακή ίοδος 19 Aviram, A. & Ratner, M. Molecular rectifiers. Chem. Phys. Lett. 29, 277±283 (1974). Acceptor - bridge - donor V=0 V>0 V<0

20 Μεταφορά ηλεκτρονίων µέσα από µονοµοριακά στρώµατα Mann, B. & Kuhn, H. Tunnelling through fatty acid salt monolayers. J. Appl. Phys. 42, (1971). 20 CH 3 (CH 2 ) n-2 COOH n=18-22

21 Μηχανισµοί αγωγιµότητας µέσα από λεπτά µονωτικά στρώµατα 21

22 Ηλεκτροµηχανικό Μοριακό Τρανζίστορ! 22 Joachim, C., Gimzewski, J. K., Schlittler, R. R. & Chavy, C. Electronic transparence of a single C 60 molecule. Phys. Rev. Lett. 74, 2102±2105 (1995) H «πύλη» είναι το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο. ΗαντίστασηR είναι της τάξης των ΜΩ αλλά προσεγγίζει την κβαντική αντίσταση όταν πλησιάζει η ακίδα G 2 1 2e = = T h r = = 12. 9k R h e Ω 2 2 g=di drain /dv gate = A V -1

23 Μοριακή Μνήµη (;!) 23

24 ιακοπτόµενη επαφή (1) (break junction) M.A.Reed, C.Zhou, C.J.Muller, T.P.Burgin and J.M.Tour, Yale Univ., Science,

25 ιακοπτόµενη επαφή (2) 25

26 ιακοπτόµενη Επαφή (3) 26 Πείραµα Θεωρία Current-Induced Forces in Molecular Wires M. Di Ventra, S. T. Pantelides, and N. D. Lang, Phys.Rev.Lett. 2002

27 Κάθετη διάταξη µε ηλεκτρόδιο νανοδιαστάσεων (nanopore) Large On-Off Ratios and Negative Differential Resistance in a Molecular Electronic Device, J. Chen,1 M. A. Reed, A. M. Rawlett, J. M. Tour 27

28 28 Αρνητική Αντίσταση (1)

29 Αρνητική Αντίσταση (2) 29 Η επικάλυψη των π τροχιακών εξαρτάται από τη θέση των πλευρικών οµάδων. Κατανάλωση 50pW Λειτουργία σε θερµοκρασία περιβάλλοντος

30 Νανοσωλήνες Άνθρακα 30 S.Iijima, NEC, Japan, 1991 Huang, Science, 2001 Κοινά µοριακά τροχιακά κατά µήκος του σωλήνα Κβαντικά φαινόµενα µόνο σε χαµηλές θερµοκρασίες

31 Μοριακή µνήµη µε γεωµετρία διασταυρούµενων γραµµών Nanoscale molecular-switch crossbar circuits, Yong Chen et. al. Nanotechnology

32 XOR µε µόρια (;!) 32

33 Οργανικό τρανζίστορ (OFET) 33 ιαγωγιµότητα πύλης (gate transconductance) Ευκινησία φορέων µ=0.2cm 2 /V.s g m = I V D G V D = const = WC L µ V D

34 OFET: Γεωµετρία της διάταξης 34 Ηλεκτρόδια χρυσού Μονωτικά υλικά: πλαστικό, SiO 2, Si 3 N 4 Εναλλασσόµενα ηλεκτρόδια (µεγάλο W/L)

35 Υστερόγραφο 35 JACS, 2003

Σχετικά έγγραφα

ΘΕΜΑΤΑ ΑΠΟ ΠΜΔΧ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΘΕΜΑΤΑ ΑΠΟ ΠΜΔΧ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 27 ος ΠΜΔΧ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 30 03 203. Στοιχείο Μ το οποίο ανήκει στην πρώτη σειρά στοιχείων μετάπτωσης, σχηματίζει ιόν Μ 3+, που έχει 3 ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα