Диоды — это основные электронные компоненты, которые проводят электрический ток в одном направлении. Исследователи из кафедры химии и биохимии Бернского университета (д-р Веерабхадрарао Калигинеди, доктор наук Питер Брукманн) и Лейденского университета (группа профессора Сенсе Яна ван дер Молена) вместе с коллегами из Делфтского технического университета (проф.
Джозеф М. Группа Тийссена) и Университет Тюо (группа профессора Маса-аки Хага) продемонстрировали первый переключаемый молекулярный диод. Этот молекулярный диод можно включать и выключать из-за влажности, и наоборот, это датчик влажности в наномасштабе.
Теперь результаты опубликованы в Nature Nanotechnology.Влажность имеет значениеГруппа ученых обнаружила, что электропроводность двухъядерной молекулы металлоорганического комплекса рутения «2-Ru-N» зависит от влажности.
В сухих условиях через молекулу протекает одинаковое количество тока под положительным или отрицательным напряжением. Это резко меняется во влажной среде. В этом случае ток вызывает только положительное напряжение. Таким образом, исследователи создали молекулярную схему, которая работает как уникальная комбинация переключателя и диода: переключаемый молекулярный диод, который можно включать и выключать при влажности.
Напротив, молекула служит датчиком влажности на основе структуры конкретной молекулы.Асимметрия, вызванная молекулами воды
Крошечный диод работает за счет асимметрии, вызванной молекулами воды на границе раздела молекул. При влажности около 60% молекулы воды слипаются на верхней стороне молекулярного слоя и вызывают дисбаланс между уровнями энергии с обеих сторон. Это сильно ограничивает поток электронов.
В сухих условиях симметрия молекулы не нарушается, и поведение диода исчезает.Приложения«Весь принцип основан на симметрии, поэтому он применим не только к воде», — говорит Sense Ян ван дер Молен. «Теоретически эта концепция также работает, например, с алкоголем или токсичными газами». Это означает, что открытие относится не только к измерению влажности воздуха.
Основное преимущество, связанное с сенсорами на основе молекул, заключается в их небольшом размере (это означает, что размер устройства может быть очень маленьким) и возможность химической перестройки для различных приложений измерения. «Если в будущем ученые найдут подходящую молекулу, состоящую из двух симметричных половин с энергетически связанными функциональными группами, чувствительными к другим внешним стимулам, как« 2-Ru-N », этот принцип позволит использовать и другие сенсоры, такие как тест на молекулярный спирт или токсичный или детектор взрывчатых веществ », — говорит Вирабхадрарао Калигинеди.