Molecular Transport with Break Junctions

절단 접합(BJ)은 주변 조건에서 단일 분자를 연구하기 위한 강력한 방법을 제공하고 단일 분자 특성을 통해 제어되는 새로운 종류의 나노 전자 장치를 구축하기 위한 길을 열어줍니다. 절단 접합에는 세 가지 유형이 있습니다.

1. 기계적으로 제어 가능(MC-BJ)
2. ElectroMigration(EM-BJ)
3. 주사 터널링 현미경(STM-BJ)

이 페이지에서는는 제조 용이성과 장기적인 작동 안정성 덕분에 매우 일반적으로 사용되는 MCBJ에 중점을 둡니다 . 기계적으로 제어 가능한 절단 접합부는 유연한 기판 위에 매달린 포토리소그래픽으로 정의된 금속 수축으로 구성됩니다. 기계적 구조가 준비되면 분자를 용액 또는 진공 상태로 가져오고 분자가 있는 경우와 없는 경우의 컨덕턴스 측정을 비교하여 분자의 존재를 확인합니다. 두 접합 전극 사이의 거리(접합 폭)는 피에조 스테이지를 사용하여 기계적으로 변경하고 미세 조정할 수 있습니다. 분자 수송은 금속 게이트 전극을 통해 정전기적으로 또는 투명한 유리 기판을 사용하여 광학적으로 추가로 제어할 수 있습니다.

MCBJ 측정에서 가장 큰 문제 중 하나는 단일 분자의 존재를 확인하는 방법입니다. 분자를 포착하려면 기체 또는 액체 분자 환경에 잠겨 있는 동안 접합부가 끊어져야 합니다. 단일 분자에는 전하 수송을 통해 조사할 수 있는 잘 정의된 수의 양자화된 전도 채널이 있습니다. 측정은 연속적으로 열리고 닫히는 접합을 통해 전류 I를 통과시켜 시작되며, 여기하는 AC 전압 V로 구동하고, 접합을 통하여 컨덕턴스 G = I/V 의 결과를 계산합니다.

접합이 닫히면 접합의 원자 중 몇 개에서 전도가 발생하고 전도도 양자 G ₀ = 2e ² /h의 배수인 양자화된 전도도를 나타냅니다. 접합이 끊어지고 전극 사이에 갭이 형성되면 터널링으로 인해 컨덕턴스가 접합 폭에 따라 기하급수적으로 떨어지므로 G << G ₀ 이 됩니다. 이 체제에서 단일 분자가 전극 사이에 부착될 때마다 접합 너비가 더 증가하더라도 컨덕턴스 고원이 나타납니다.

이 컨덕턴스 고원이 식별되면 추가 분광 조사를 위하여 접합부 폭을 일정하게 유지하기 위해 제어 루프가 활성화됩니다. 이 PID 제어 루프에서 피드백 메커니즘은 접합부 폭에 비례하는 피에조 전압 출력을 기반으로 합니다.

접합부가 열리고 닫힐 때 금속 리드에 대한 분자 결합의 변화로 인해 전체 프로세스는 확률적이고 시끄럽습니다. 이러한 조건에서 락인앰플리파이어는 신호 변조 및 필터링을 통해 신호 대 잡음비를 높이는 데 사용됩니다. 취리히인스트루먼트 MFLI와 같은 락인앰플리파이어를 사용하면 단일 분자의 진동 스펙트럼을 식별하기 위해 고차 컨덕턴스 항과 함께 접합부의 IV 특성을 측정할 수 있습니다. 최상의 측정 결과를 얻으려면 전류 입력의 동적 범위가 모든 정션 구성을 캡처하기 위해 10만배 이상을 커버해야 합니다.

MFLI-Lock-in Amplifier는 MCBJ 설정을 단순화하고 더 빠르게 결과를 얻을 수 있도록 도와줍니다.

• 전용 저잡음 전류 입력을 사용하여 pA에서 mA에 이르는 넓은 동적 범위에 걸쳐 높은 신호 대 잡음비로 접합 전류를 측정합니다.

• 하나의 상자에 모두 들어 있는 측정 및 분석 도구 활용: MF-PID 옵션 덕분에 접합 폭과 컨덕턴스 레벨을 일정하게 유지하고 MF-MD 옵션으로 DC, AC 및 컨덕턴스의 2차 도함수를 동시에 캡처하고 추가 분석에 필요한 모든 데이터를 디지털화합니다.
• LabOne ^® 기기 제어 소프트웨어에서 제공하는 Scope, Plotter, Spectroscope 및 Sweeper 도구 덕분에 데이터 후처리에 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다.
• Python, C, MATLAB ^® , LabVIEW™ 및 .NET용 API로 측정 워크플로우를 자동화하십시오.