Одномолекулярный рамановский переключатель с оптическим и электрическим приводом
Представлен одномолекулярный рамановский переключатель, который управляется не только приложенным напряжением, но и оптическими входами разных направлений. В этом исследовании было изучено совместное влияние оптического углового момента ближнего поля и напряжения смещения на рамановский отклик одного молекулярного перехода, создающего молекулярный переключатель. С помощью самодельной платформы спектроскопии молекулярных соединений (MJS) было охарактеризовано оптическое и электрическое конформационное переключение в ковалентно связанных соединениях металл-молекула-металл TM-TPD.
Схематическая конфигурация одномолекулярного переключателя с оптическим и электрическим приводом. Он показывает конформационное переключение в переходе кончик-молекула-подложка с считыванием комбинационного рассеяния света посредством оптической связи оптического углового момента с молекулой. Лазерное освещение сверху (канал 1) или сбоку (канал 2) отображается соответственно.
Авторы и права: Цзяньчен Цзы, Микаэль Лобет, Люк Хенрард, Чжицян Ли, Чэньхуэй Ван, Сяохун Ву и Хай Би
Роль молекулярных контактов в наноэлектронике чаще всего связана с электронным транспортом; однако их точная характеристика препятствует их широкому развитию. В последнее время большинство исследований было сосредоточено на изучении молекулярных соединений на основе электронных характеристик.
Помимо приложенного напряжения, свет может влиять на молекулярное состояние и дополнительно характеризует молекулярные состояния. Взаимодействие света с молекулярными соединениями является дополнительным фактором для развития молекулярных переключателей. Однако большинство классических методов оптической спектроскопии ограничены дифракцией, что затрудняет характеристику наноразмерных систем со сверхвысоким пространственным разрешением.
Методы улучшения ближнего поля, основанные на локальном поверхностном плазмоне (LSP), могут преодолеть дифракционный предел и стать отличным решением для ультрамикроскопии. Такие методы, улучшенные в ближнем поле, обеспечивают высокоточные методы для нанообластей, такие как методы когерентного манипулирования, обработки и измерения туннельных токов в наноэлектронных устройствах.
В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых под руководством доктора Хай Би из лаборатории Цзихуа, Китай, и его коллег представили одномолекулярный рамановский переключатель, который управляется не только приложенным напряжением, но и оптическими входами разных направлений.
В этом исследовании было изучено совместное влияние оптического углового момента ближнего поля и напряжения смещения на рамановский отклик одного молекулярного перехода, создающего молекулярный переключатель. С помощью самодельной платформы спектроскопии молекулярных соединений (MJS) было охарактеризовано оптическое и электрическое конформационное переключение в ковалентно связанных соединениях металл-молекула-металл TM-TPD.
Несопряженный молекулярный «провод» TM-TPD электрически соединяет покрытый золотом наконечник туннельного микроскопа с золотой подложкой. Ранее молекулярное соединение TM-TPD использовалось для подтверждения предыдущего наблюдения о том, что рамановскую активность молекулы можно включать и выключать с помощью смещенного напряжения из-за молекулярного сопряжения во время переноса заряда через молекулярные орбитали. В этом исследовании было дополнительно продемонстрировано, что молекулярным переключателем можно управлять с помощью оптического входа.
Эффекты как поляризации света, так и последующих свойств симметрии электромагнитного ближнего поля были исследованы и использованы для управления поведением переключения. Такое изменение комбинационного отклика соединения связано с изменением конформации молекулы. Изменяя как сторону освещения, так и напряжение, приложенное к переходу, интенсивность комбинационного рассеяния света можно включать и выключать с разницей между двумя состояниями почти на пять порядков.
Показано, что конформационные молекулярные контакты могут управляться не только напряжением, приложенным к мономолекулярному соединению, но и оптическим угловым моментом в ближнем поле, который усиливается режимом плазмонной щели в соединении. Высокое напряжение смещения приводит к перестройке электронной плотности молекулярного перехода, что активирует режим комбинационного рассеяния света.
Этот режим комбинационного рассеяния усиливается за счет планаризации и увеличения π-конъюгации молекулы TM-TPD. Угловой момент света вызывает крутящий момент по оси Z, когда распределение электромагнитного поля асимметрично. Это позволяет изменить конформацию ТМ-ТПД, разрушает перестройку транспортной электронной плотности и, наконец, подавляет рамановскую моду. Эти исследования позволили экспериментально установить, что оптический угловой момент является движущей силой молекулярного переключения.
Точнее, было обнаружено, что возбуждение углового момента имеет очень тесную связь с симметрией ближнепольной системы. Это исследование открывает новые возможности для исследований молекулярной логики и оптического углового момента в режиме ближнего поля. Возможность решения физико-химических явлений с разрешением одной молекулы, показанная в этом исследовании, служит отправной точкой для нового поколения наномеханических исследований с использованием установок MJS.
С технологической точки зрения эти исследования продемонстрировали мониторинг и манипулирование одиночными молекулами с отличным контролем, открыв новые возможности для мультилогических вычислений на одной молекуле.
