ИСТИНА

Основными целями экспериментальных работ по проекту в отчетном году было создание аппаратно-инструментальной и методической базы для формирования планарных атомно-молекулярных одноэлектронных транзисторов, изготовление на ее основе тестовых образцов таких наноэлементов, тестовое измерение их основных параметров и характеристик, а также разработка методики создания электродной системы гибридных акусто-одноэлектронных биосенсорных датчиков с атомно-молекулярными транзисторами на низкопроводящих пьезоэлектрических монокристаллических пластинах ниобата лития. Для их достижения в отчетный период разработана методика формирования тонкопленочной системы металлических (золото) нанопроводов с характерными размерами 20-40 нм, подготовленной для изготовления молекулярных нанотранзисторов с нанозазором «сток-исток» шириной 2-4 нм, разработана методика иммобилизации в эти зазоры одиночных молекул аурофильного производного терпиридина на основе одиночного атома родия, имеющих размер ~4 нм, и изготовлены атомные одноэлектронные транзисторы на основе этих молекул, т.к. транспорт электронов через них, имеющий одноэлектронный характер, определяется одноатомным зарядовым центром молекулы. Измеренные при температуре 77 К с помощью разработанного специализированного измерительного стенда вольтамперные характеристики показывают наличие участков кулоновской блокады туннелирования электронов с размером 500-800 мВ. Полученные значения напряжения блокады и, соответственно, зарядовой энергии транзисторов (250-400 мэВ), согласуются с ожидаемым значениями этих величин для одноатомных транзисторов и обеспечивают возможность изготовления одноатомных транзисторов и устройств на их основе, работоспособных при комнатной температуре. Для создания электродной системы гибридных акусто-одноэлектронных биосенсорных датчиков с такими атомно-молекулярными транзисторами была разработана новая методика электронной нанолитографии на низкопроводящих пьезоэлектрических монокристаллических пластинах ниобата лития, позволившая впервые получить нанопровода с шириной 20 нм даже на таких пластинах, требующих для проведения электронной нанолитографии и получения предельно малых размеров наноструктур использования специальной методики. Тестирование электрических характеристик полученных нанопроводов позволило обнаружить влияние возбуждаемой в пластине акустической волны на электронный транспорт в нанопроводе, которое может быть объяснено «увлечением» электронов проводимости в нанопроводе пьезоэлектрической волной, порождаемой пропускаемой по пластине акустической волной. В рамках теоретического анализа процессов в создаваемом транзисторе и их параметров в отчетном периоде разработан ряд теоретических моделей и методов: метод параметризации энергии одночастичных состояний одиночных изолированных атомов и выделенных атомных зарядовых центров в молекулах и кристаллах на основе модели молекулярных оболочек для различных зарядовых состояний, возбужденных состояний и спектра полной электронной энергии; модель эффективного энергетического спектра одиночных изолированных атомов, являющихся основой зарядовых центров в используемых молекулах; параметрическую модель энергетического спектра образовавшегося в молекуле вокруг атома металла зарядового центра. Использование этих моделей и разработанных в отчетный период оригинальных программ для проведения сложных квантовохимических расчетов и автоматизированной обработки их результатов позволило показать, что в случае использования для построения атомно-молекулярных одноэлектронных транзисторов молекул аурофильного производного терпиридина на основе атомов Rh, Ru, Pt, Sc, Cr такие атомы в этих молекулах играют роль акцепторов, а емкостные характеристики молекулярных оболочек, определяющие полезные характеристики атомно-молекулярных одноэлектронных систем, будут иметь близкие значения. Полученные результаты обеспечивают возможность построения корректной модели туннельного транспорта электронов через разрабатываемые атомно-молекулярные одноэлектронные транзисторы и проведение компьютерного моделирования характеристик и диаграмм состояний транзистора.