دیود مولکولی (Molecular Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود مولکولی (Molecular Diode) :
دیود مولکولی (Molecular Diode) یک قطعه الکترونیکی در مقیاس مولکولی است که از یک مولکول منفرد (یا یک لایه نازک از مولکول ها) برای ایجاد خاصیت یکسوسازی (Rectification) استفاده می کند. این دیودها بخشی از زمینه رو به رشد الکترونیک مولکولی (Molecular Electronics) هستند که هدف آن ساخت قطعات الکترونیکی از مولکول های آلی است. اولین دیود مولکولی نظری توسط آوی رام و راتنر در سال ۱۹۷۴ ارائه شد.
ساختار یک دیود مولکولی معمولا شامل یک مولکول آلی با دو سر نامتقارن است که بین دو الکترود فلزی (معمولا طلا) قرار می گیرد. این مولکول ها به گونه ای طراحی می شوند که دارای گروه های الکترون دهنده (Donor) و الکترون کشنده (Acceptor) در دو طرف باشند، مشابه یک پیوند P-N در مقیاس مولکولی.
مکانیزم یکسوسازی در دیود مولکولی می تواند ناشی از عدم تقارن ذاتی مولکول (مانند توزیع نامتقارن اوربیتال های مولکولی) یا عدم تقارن در اتصال مولکول به الکترودها باشد. این عدم تقارن باعث می شود که چگالی حالت های الکترونی (Density of States) در دو طرف مولکول متفاوت باشد و عبور الکترون ها در یک جهت آسان تر از جهت دیگر شود.
پارامترهای مهم یک دیود مولکولی عبارتند از: نسبت یکسوسازی (Rectification Ratio) که نسبت جریان در بایاس مستقیم به جریان در بایاس معکوس در یک ولتاژ مشخص است، ولتاژ آستانه، و پایداری (Stability) مولکول در برابر دما و میدان الکتریکی.
کاربردهای بالقوه دیودهای مولکولی شامل ساخت مدارات الکترونیکی با ابعاد مولکولی، حافظه های با چگالی بالا، و حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی است. این قطعات می توانند انقلابی در کوچک سازی و کاهش مصرف انرژی ایجاد کنند.
ساخت دیودهای مولکولی بسیار چالش برانگیز است. روش های ساخت شامل خودآرایی (Self-Assembly) مولکول ها بر روی زیرلایه، استفاده از میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) برای تماس با مولکول های منفرد، و روش های اتصال متقاطع (Crossbar) است.
چالش های اصلی شامل تکرارپذیری (Reproducibility) و قابلیت اطمینان اتصالات در مقیاس مولکولی، پایداری مولکول ها در طول زمان، و یکپارچه سازی با فناوری های موجود (CMOS) است.
مواد سازنده دیودهای مولکولی معمولا مولکول های آلی با زنجیره های کربنی، گروه های عاملی خاص، و تیول ها (Thiols) برای اتصال به الکترودهای طلا هستند. نمونه هایی از مولکول های مورد مطالعه شامل الیگوفنیلن اتینیلن (OPE) و الیگوفنیلن وینیلن (OPV) با گروه های الکترون کشنده و دهنده است.
در نهایت، دیود مولکولی یک زمینه تحقیقاتی بسیار فعال در مرزهای شیمی، فیزیک، و مهندسی الکترونیک است. اگرچه راه طولانی تا تجاری سازی باقی مانده است، این قطعات پتانسیل بالایی برای ایجاد نسل جدیدی از الکترونیک در مقیاس اتمی و مولکولی دارند.
