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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
DISPOSITIVI IBRIDI ORGANICI-INORGANICI; DISPOSITIVI IBRIDI FUNZIONALI; ELETTRONICA MOLECOLARE; REATTIVITA' DI SUPERFICI DI SILICIO; REATTIVITA' DI MOLECOLE REDOX; CONDUTTIVITA' MOLECOLARE; FOTOELETTROCHIMICA DI SEMICONDUTTORI; TRASFERIMENTO ELETTRONICO; STRATI MOLECOLARI AUTOASSEMBLATI

DISPOSITIVI IBRIDI INNOVATIVI (SAM-METALLO; SAM-SEMICONDUTTORE) PER IL TRASPORTO E L'ACCUMULO DI CARICA

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"
Abstract
La sfida dell'elettronica molecolare è quella di costruire circuiti che siano di dimensioni almeno 100 volte minori di quelle dei circuiti tradizionali basati su silicio, ricorrendo a singole molecole o monostrati molecolari in grado di fornire funzioni elettroniche particolari.
L'obiettivo di questa proposta è la progettazione, l'assemblaggio e lo studio di dispositivi elettronici molecolari che permettano il controllo di funzioni elettroniche quali la rettificazione di corrente (per i diodi semplici), la ritenzione della carica a molteplici potenziali (per memorie volatili di tipo DRAM, anche di tipo multibit), lo switching conformazionale o bistabile (per Resistenze Differenziali Negative). Per tale scopo è cruciale controllare il meccanismo di trasferimento elettronico, attraverso l'opportuno accoppiamento dei livelli energetici delle molecole (HOMO-LUMO o livelli di Fermi) con gli stati elettronici degli elettrodi. A tal fine intendiamo assemblare giunzioni ibride, ancorando strati molecolari autoassemblati (SAM), formati da molecole che incorporano centri redox, su superfici sia di metallo che di semiconduttore. Ai centri redox, infatti, sono associate energie di Fermi che sono ben definite e che possono essere variate facilmente attraverso la scelta sia del metallo di coordinazione che dei legandi.
Il progetto prevede: i) sintesi ed ancoraggio su superfici di molecole che incorporano siti redox; ii) caratterizzazione delle superfici funzionalizzate con >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Franco DECKER Universita' degli Studi di ROMA
Obiettivo del Programma di Ricerca
L'attenzione rivolta all'elettronica molecolare, cioè all'uso di molecole come componenti elettronici, è molto cresciuta negli ultimi anni. Il trasferimento di elettroni attraverso molecole di varia struttura è stato studiato in giunzioni che incorporano sia singole molecole, sia strati autoassemblati monomolecolari (SAM). Tali studi hanno dimostrato che 1) le molecole si comportano come isolanti in cui la carica fluisce con meccanismi di tunneling "through bond" (1-4) e che 2) il meccanismo di trasporto può cambiare, con un enorme aumento della velocità di transfer, quando l'energia degli orbitali HOMO e LUMO di molecole organiche o il livello di Fermi di siti redox incrociano i livelli di Fermi degli elettrodi (metallo o semiconduttore). Il vantaggio delle molecole (o dei SAM) invece dei materiali inorganici nei dispositivi elettronici dedicati è dovuto infatti all'ampia possibilità di progettare le proprietà fondamentali di tali stati con il disegno della loro struttura ed una sintesi mirata. Uno dei grandi problemi ancora irrisolti è la scarsa riproducibilità delle misure di corrente che passano attraverso le molecole o i SAM. Nonostante diversi tipi di giunzioni siano state provate finora, ed ognuna presenti diversi vantaggi, sono tutte ancora scarsamente stabili e riproducibili.

L'obiettivo di questo progetto è lo studio di dispositivi elettronici basati su giunzioni che incorporino SAM formati su superfici di metallo (Hg, Au, Ag) e di >>>

Risultati parziali attesi
Questo progetto ha una solida base ed una sua specificità nell'attività complementare di sintesi molecolare ed assemblaggio su superfici che si ripromette di condurre. Esso riunisce pertanto, con l'insieme delle tre UR, due competenze specialistiche non comunemente vicine nella ricerca italiana. Riteniamo, pertanto, che tra i risultati più significativi del primo anno si possano prevedere, essenzialmente:
a) La produzione di molecole specificamente prodotte, con centri redox opportuni e specifici gruppi funzionali, per la formazione di SAM su superfici di diversa complessità e "facilità", di metalli (M) e semiconduttori (S);
b) L'ottimizzazione di ricette per l'ancoraggio delle molecole come SAM ordinati, su M o S, di cui si conosca struttura, composizione ed orientamento, in grado di effettuare il transfer elettronico con l'elettrodo in modo controllato;
c) L'assemblaggio delle giunzioni a due elettrodi del tipo M-SAM//SAM-Hg e Si-SAM//SAM-Hg (senza legame chimico tra i due SAM) con caratteristiche elettriche riproducibili, modificabili con la sostituzione del centro redox e del tipo di M (e del drogaggio di S).
Per produrre i risultati a, b e c saranno state portate a buon fine le varie analisi dei prodotti di sintesi e di ancoraggio delle molecole sui substrati, gli studi elettrochimici e di superficie, e le misure elettriche delle giunzioni. I primi calcoli di dinamica molecolare saranno stati eseguiti, e i risultati confrontati e discussi >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Dispositivi elettronici molecolari

L'elettronica molecolare si è imposta all'attenzione dei ricercatori come un'area che presenta nello stesso tempo enormi promesse ed enormi difficoltà, e che richiede necessariamente un approccio integrato tra discipline diverse. Studi di trasferimento elettronico in film LB hanno iniziato a esplorare questa disciplina già nel passato, ma sono rimasti alquanto limitati (1-4) fino allo sviluppo delle nuove nanotecnologie. L'idea di usare molecole come componenti di circuiti elettronici è infatti stata avanzata già nel 1974, in un articolo di Aviram e Ratner (5). Questo lavoro ha sviluppato il concetto di utilizzare processi di electron transfer in molecole per ottenere delle funzioni elettroniche utili. Solo nella seconda metà degli anni '90, però, l'idea è stata messa in pratica, grazie alla sinergia di diverse discipline: nanofabbricazione, organizzazione di tioli su superfici, microscopie di scansione, che hanno permesso la fabbricazione e le immagini di giunzioni Metallo-Molecole-Metallo (6). Da allora un numero crescente di ricerche ha indicato che giunzioni contenenti singole molecole o insiemi organizzati di molecole (SAM) mostrano funzioni elettroniche quali rettificazione (7), effetti di commutazione o "switch"(8,9), od effetti di resistenza differenziale negativa (NDR)(10-13).

Le promesse dell'elettronica molecolare rispondono bene alle richieste generali della microelettronica convenzionale in tre >>>