分子電子學(xué)器件

關(guān)于分子電子學(xué)器件第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日★微電子學(xué)器件：真空電子管→晶體管→集成電路→特大規(guī)模集成電路(加工線寬國(guó)外：0.18－0.16－0.13m；國(guó)內(nèi)：0.35m)★納電子學(xué)器件：器件的加工線寬或組裝尺寸范圍在0.1-100nm★分子電子學(xué)器件：由具有電、磁、光、熱、離子、機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)性能的分子和超分子組裝排列而成的有序結(jié)構(gòu)，是在分子或超分子層次上完成信息和能量的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)與處理等功能的化學(xué)及物理系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，分子器件就是在分子水平上具有特定功能的超微型器件第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日★分子器件的研究目標(biāo):

采用有機(jī)和無(wú)機(jī)導(dǎo)電聚合物、生物聚合物、電荷轉(zhuǎn)移鹽、有機(jī)金屬和其他分子材料，開(kāi)創(chuàng)出用于信息和微電子學(xué)的新型元件?！锓肿悠骷膬?yōu)點(diǎn)：①分子電子芯片的尺寸比目前的硅芯片小3個(gè)數(shù)量級(jí)；②一個(gè)同樣體積的分子芯片具有比通常芯片高出幾百萬(wàn)倍的計(jì)算能力；③計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)概念也有較大的變化，分子大小的電子線路的排列密度會(huì)導(dǎo)致真正的數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的發(fā)展第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

7.2分子導(dǎo)線種類(lèi)信息的載流子金屬電子無(wú)機(jī)非金屬電子、空穴

分子

電子、空穴、孤子、自由基電子、極化子、雙極化子第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日★分子導(dǎo)線舉例①共軛聚合物反式聚乙炔順式聚乙炔聚對(duì)苯第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日聚吡咯聚噻吩聚二乙炔聚硫氮化物

(SN)n第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日②納米尺寸的剛性線性分子導(dǎo)線

尺寸為3.06nm的分子導(dǎo)線第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

尺寸為5.28nm的分子導(dǎo)線第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日尺寸為7.5nm的分子導(dǎo)線第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

③卟啉衍生物分子導(dǎo)線第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日7.3分子光子導(dǎo)線硼-二吡咯亞甲基染料在一端提供光輸入，三個(gè)鋅卟啉的線性排列作為信號(hào)的輸運(yùn)單元,而原卟啉在另一端提供光輸出第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日7.4分子激光皮秒光開(kāi)關(guān)

它含有兩個(gè)三戊烷基單苯基卟啉(HP)，剛性地連接到N,N-雙苯基-3，4，9，10－苝雙(二酰亞胺)(PBDCI)上第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

PBDCI衍生物能可逆地被一個(gè)電子或兩個(gè)電子還原，這就提供這樣一種可能性，即從給體分子轉(zhuǎn)移的快速光誘導(dǎo)電子可以選擇性地以一個(gè)電子或兩個(gè)電子還原PBDCI，由此而生成從713nm到546nm光致變色的吸收帶，能作為光學(xué)分子開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

PBDCI衍生物的光物理行為構(gòu)成一個(gè)光強(qiáng)度依賴(lài)性的光開(kāi)關(guān)。當(dāng)光強(qiáng)度增加時(shí)，PBDCI衍生物從713nm處的強(qiáng)瞬態(tài)吸收體轉(zhuǎn)變到546nm的吸收體。用這樣的分子能在皮秒時(shí)限內(nèi)調(diào)制兩束不同顏色的光。而且PBDCI衍生物能作為具有兩種不問(wèn)激發(fā)波長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)。激發(fā)PBDCI衍生物將第一個(gè)電子轉(zhuǎn)移以生成PH+—PBDCI—HP。第二個(gè)電子的轉(zhuǎn)移可以在585nm外加第二個(gè)光子來(lái)激發(fā)，生成PH+—PBDCI—HP+，也就是原則上由剩余的基態(tài)卟啉吸收，因此，這個(gè)分子能形成邏輯操作第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日7.5分子整流器分子整流器的模型分子：由受體7，7，8，8—四氰基對(duì)亞甲基苯醌(TCNQ)和給體四硫富瓦烯(TTF)組成。3個(gè)亞甲基橋是為了保證分子的剛性和絕緣性第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日★實(shí)例：?jiǎn)畏肿覮B膜第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日7.6化學(xué)和電化學(xué)可開(kāi)關(guān)的分子來(lái)回運(yùn)動(dòng)裝置第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

7.7分子存儲(chǔ)器★一頁(yè)書(shū)：100bit／cm2★磁帶：105bit／cm2★半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）：107bit／cm2★正在研究中的體系（磁泡、磁盤(pán)、光盤(pán)、全息記錄）:108～109bit／cm2★DNA:1014bit／cm2,1020bit／cm3★分子存儲(chǔ)器通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)分子來(lái)實(shí)現(xiàn),分子存儲(chǔ)器的原理：1）分子內(nèi)或分子間的氫轉(zhuǎn)移；2）二聚化反應(yīng)；3）順式-反式異構(gòu)；4）電荷轉(zhuǎn)移；5）苯型-醌型轉(zhuǎn)變第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

★實(shí)例：

500nm弱光

500nm強(qiáng)光烯醇（E）型順式醌酮（QC）型

“0”

“1”

第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日7.8分子計(jì)算機(jī)★分子計(jì)算機(jī)是以分子電路為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)；★分子電路是分子導(dǎo)線、分子開(kāi)關(guān)、分子電子回路或網(wǎng)絡(luò)的組合體第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日★計(jì)算機(jī)的邏輯電路：

數(shù)字“1”代表開(kāi)關(guān)處于“開(kāi)通”態(tài)，“或”、“與”；數(shù)字“0”代表開(kāi)關(guān)處于“關(guān)閉”態(tài)，“非”。輸入計(jì)算機(jī)的信息均被編碼為二進(jìn)制數(shù)，僅用“1”和“0”表示，通過(guò)數(shù)千萬(wàn)個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)（門(mén)）來(lái)處理數(shù)據(jù)。由二個(gè)晶體管組成的或非門(mén)電路如下所示：------------------－－－－－--

條件結(jié)果

ABC001010100110------------------－－－－－--第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

★分子或非門(mén)電路實(shí)例：第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日習(xí)題與思考題1、簡(jiǎn)述分子材料的定義和分類(lèi)。2、說(shuō)明有機(jī)分子材料理化性質(zhì)與應(yīng)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3、舉例說(shuō)明有機(jī)超導(dǎo)體主要有哪三類(lèi)。4、什么是電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物？5、電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)條件是什么？6、說(shuō)明制備導(dǎo)電的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的兩種方法。7、畫(huà)出Little提出的適用于有機(jī)超導(dǎo)電性的激子模型。8、有機(jī)光導(dǎo)體有哪些應(yīng)用？9、分子半導(dǎo)體材料有哪些應(yīng)用？第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日10、畫(huà)出Gr?tzel液體電解質(zhì)DSSC結(jié)構(gòu)示意圖。11、舉例說(shuō)明有機(jī)二階NLO分子的設(shè)計(jì)原則。12、舉例說(shuō)明目前合成的有機(jī)二階NLO分子有哪幾類(lèi)，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是什么？13、有機(jī)二階非線性光學(xué)材料的分子聚集態(tài)設(shè)計(jì)和形態(tài)設(shè)計(jì)要求是什么？14、目前制備的有機(jī)二階非線性光學(xué)材料有哪些？最有希望得到實(shí)際應(yīng)用有機(jī)二階非線性光學(xué)材料是什么？15、二階非線性光學(xué)極化有機(jī)聚合物有哪幾個(gè)體系？16、二階非線性光學(xué)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料劃分為哪幾類(lèi)？第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日17、二階非線性光學(xué)鍵連生色基有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料有哪些特點(diǎn)？18、有機(jī)磁性材料有哪些特點(diǎn)和應(yīng)用前景？19、舉例說(shuō)明磁性分子材料有哪幾