आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स

एक अणु मे इलेक्ट्रॉन वितरण के क्वांटम यांत्रिक अध्ययन के लिए,स्टीरियोइलेक्ट्रानिक्स देखें ।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए आणविक मूलभूत अंग का अध्ययन और अनुप्रयोग है। यह एक अंतःविषय क्षेत्र है जो भौतिकी, रसायन विज्ञान और द्रव्यात्मक विज्ञान तक फैला है। एकीकृत वैशिष्ट्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को बनाने के लिए आणविक मूलभूत अंग का उपयोग है। गुणों के आणविक-स्तरीय नियंत्रण द्वारा पेश किए गए इलेक्ट्रॉनिक्स के आकार में कमी की प्रत्याशा के कारण, आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स ने बहुत आवेश उत्पन्न किया है। यह मूर के नियम को छोटे पैमाने पर परमाणु रहित सिलिकॉन एकीकृत परिपथों की अग्रिम सीमाओं का विस्तार करने के लिए एक संभावित साधन प्रदान करता है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स पैमाना
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 संकुचन के लिए एकमात्र उद्देश्य है।

पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण परंपरागत रूप से स्थूल पदार्थ से बने होते हैं। स्थूल 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 स्थूल पदार्थ (शीर्ष से नीचे) से उत्कीर्णन का विरोध किया जाता है। एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स में, स्थूल पदार्थ को एकल अणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यथार्थ, एक प्रतिलिपि मंचक के बाद पदार्थ 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। 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।

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 विधियों की अंतर्निहित सीमाओं के साथ परिवर्तन अवश्य प्रतीत होता है। वर्तमान में, रोचक गुणों के साथ अणुओं की खोज करने और आणविक घटकों और इलेक्ट्रोड की स्थूल पदार्थ 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 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 होना चाहिए।

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 का उपयोग किया 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 अभिभूत पाने का एक तरीका आणविक कार्यात्मक नैनोकणों (इंटर्ननोपार्टिकल रिक्ति अणुओं के आकार में सक्षम है) और बाद में स्थान विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा लक्ष्य अणु को फंसाना है। एक अन्य विधि एक धातु अधःस्तर के दूसरे छोर पर चिपके अणुओं से संपर्क करने के लिए एक अवलोकन टनेलन सूक्ष्मतरंग (एसटीएम) के अग्रभाग का उपयोग करना है। इलेक्ट्रोड के लिए अणुओं को स्थिरक करने के लिए एक और लोकप्रिय तरीका है सोने के लिए सल्फर के उच्च रासायनिक आत्मीयता का उपयोग करना, हालांकि, समन्वयन गैर-विशिष्ट है और इस प्रकार अणुओं को बेतरतीब ढंग से सभी सोने की सतहों पर सहारा देती है, और संपर्क प्रतिरोध समन्वयन की स्थिति के आसपास सटीक परमाणु ज्यामिति पर अत्यधिक निर्भर है और इस तरह स्वाभाविक रूप से संयोजन की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने की क्षमता से समझौता करता है। बाद के मुद्दे को गतिरोध उत्पन्न करने के लिए, प्रयोगों से पता चला है कि फुलरीन सल्फर के बजाय उपयोग के लिए एक अच्छा प्रार्थक हो सकता है क्योंकि बड़े संयुग्मित π-प्रणाली के कारण जो विद्युत सल्फर के एक परमाणु की तुलना में कई अधिक परमाणुओं से संपर्क कर सकती है।  इस प्रकार धातु इलेक्ट्रोड से अर्धचालक इलेक्ट्रोड में बदलाव अधिक अनुरूप गुणों के लिए और अधिक रोचक 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, इन्डीयम आर्सेनाइड नैनोलाइनों का उपयोग करके व्यापक ऊर्जा अंतराल पदार्थ के एक अंतर्निहित अवरुद्ध के साथ इंडीयम फॉसफॉइड अणुओ द्वारा लघुपथ किए जाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक अवरोध के रूप मे उपयोग किया जाता है।

एकल-अणु इलेक्ट्रॉनिक्स केव्यावसायिक उपयोग के लिए सबसे बड़ी बाधाओं में से एक आणविक आकार के परिपथ को स्थूल इलेक्ट्रोड से जोड़ने के लिए साधन की कमी है जो प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम देता है। एकल अणुओं पर साथ ही समस्या यह भी है कि कुछ माप परिशीतन तापमान पर, परम शून्य के करीब किए जाते हैं, जो बहुत ऊर्जा की खपत करता है।

इतिहास
इतिहास में पहली बार आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स का उल्लेख 1956 में जर्मन भौतिक विज्ञानी आर्थर वॉन हिप्पल द्वारा किया गया था, जिन्होंने पूर्वनिर्मित पदार्थों का उपयोग करने के बजाय परमाणुओं और अणुओं से इलेक्ट्रॉनिक्स विकसित करने की एक उर्घ्वगामी प्रक्रिया का सुझाव दिया, एक विचार जिसे उन्होंने आणविक अभियांत्रिकी का नाम दिया। हालांकि इस क्षेत्र मे पहली सफलता को 1974 में रैटनर और अविराम के कई लेखों द्वारा विचार किया गया। 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 पदार्थ
प्रवाहकीय बहुलक का मुख्य रूप से फैलाव द्वारा सबसे बड़ा लाभ उनकी प्रक्रियात्मकता है। प्रवाहकीय बहुलक प्लास्टिक नहीं हैं, यथार्थ, वे थर्मोफॉर्मेबल नहीं हैं, फिर भी वे कार्बनिक बहुलक हैं, जैसे (ऊष्मारोधी) बहुलक । वे उच्च विद्युत चालकता की पेशकश कर सकते हैं, लेकिन अन्य व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले बहुलक की तुलना में अलग -अलग यांत्रिक गुण हैं। कार्बनिक संश्लेषण और उन्नत फैलाव के तरीकों का उपयोग करके विद्युत गुणों को सही किया जा सकता है।

पॉलीएसिटिलीन, पॉलीपीरोल और पॉलीएनिलिन जैसे रैखिक-आधार वाले बहुलक प्रवाहकीय बहुलक के मुख्य वर्ग हैं। पॉली (3-एल्काइलथियोफीन) सौर कोशिकाओं और ट्रांजिस्टर के लिए विशिष्ट पदार्थ हैं।.

प्रवाहकीय बहुलक में sp 2 संकरित कार्बन केंद्रों मे आधार सन्निहित होता है, जो प्रत्येक केंद्र पर एक संयोजकता इलेक्ट्रॉन pz कक्षक में रहता है, जो अन्य तीन सिग्मा-बंधों के लिए लंब कोणीय है। जब ऑक्सीकरण द्वारा पदार्थ को अपमिश्रित किया जाता है तो इनमे विस्थापन कक्षीय मे इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता होती है, जो इनमें से कुछ विस्थापित इलेक्ट्रॉनों को हटा देता है। इस प्रकार संयुग्मित पी-कक्षीय एक-आयामी इलेक्ट्रॉनिक बैंड बनाते हैं, और इस बैंड के भीतर इलेक्ट्रॉन आंशिक रूप से खाली होने पर गतिशील बन जाते हैं। गहन शोध के बावजूद, आकृति विज्ञान, श्रृंखला संरचना और चालकता के बीच संबंध को अभी तक कम समझा गया है।.

उनकी खराब प्रक्रिया के कारण, प्रवाहकीय बहुलक में कुछ बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग होते हैं। उनके पास प्रतिस्थैतिक पदार्थ में कुछ प्रत्याशा है व्यावसायिक प्रदर्शन और संग्रह में बनाया गया है, लेकिन उत्पादन लागत, सामग्री असंगतता, विषाक्तता, विलायक 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 पदार्थों के साथ नए उपयोगों में बहुलक का संचालन तेजी से आकर्षण प्राप्त कर रहा है। स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य फैलाव की उपलब्धता के साथ, पॉली (3,4-एथिलीनडायऑक्सिथियोफीन) PEDOT और पॉलीएनिलिन ने कुछ बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग प्राप्त किए हैं। जबकि PEDOT मुख्य रूप से प्रतिस्थैतिक 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 इसके संयोजन को रोकने के लिए, बहुलक के संचालन के नए नैनोसंरचित रूप इस क्षेत्र को उनके उच्च सतह क्षेत्र और बेहतर फैलाव के साथ नवीन संवेग 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

बाहरी संबंध


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