一种激光脉冲控制分子电流开关的方法技术

本发明专利技术提供了一种激光脉冲控制分子电流开关的方法。制备球形的金属纳米粒子，该粒子与金属导线连接，构成分子的两个导电极；将单分子置于两球形金属纳米粒子之间，使得电子能通过顺序隧穿机制流过分子器件；两导电极上外加合适大小的偏置电压，使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且偏压窗口内没有分子的激发电子态存在；通过控制照射在整个分子器件上的外加激光脉冲的强度等特性，形成光致分子电流开关。本发明专利技术实现的激光脉冲控制分子电流开关的方法利用球形金属纳米粒子的表面等离激元效应增强光致分子电流开关效果，具有结构简单、光电效率高、便于集成等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子电子学应用领域，更具体地说，本专利技术涉及。
技术介绍
现行的微电子加工工艺在已经接近发展的极限，线宽的不断缩小将使得固体电子器件不再遵从传统的运行规律，需要考虑更多更复杂的量子效应；同时，线宽缩小也使得加工成本不断增加；而分子电子学有望解决这些问题。在分子尺寸上构筑电子器件，实现对单个分子或若干分子聚集体的光电子行为的控制，可以实现器件的高度微小化和集成，是下一代电子器件的奋斗目标。 在分子电子器件中，光和电特性是由分子结构本身决定的，而不是由以后的工艺步骤决定的。但这种分子内不能含有金属，因为金属原子有表面徙动的特性，从而在纳米间距的条件下室温时极易形成横向短路。通常实现这种连接是利用金属作为电极，从而形成金属电极-分子-金属电极的连接器件。光致分子电流开关是一种重要的分子电子学中一种重要的器件。但目前激光难以直接照射在小尺度的分子上来直接改变分子的电学特性。通常，即使使用现有的纳米近场光学手段，大部分光是照射在分子两边的金属导电结上，使得光致效果很差，分子电流变化很小以致难以探测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种利用金属纳米粒子表面的等离激元效应增强激光脉冲照射控制分子电流开关效果的方法。本专利技术采用金属纳米粒子代替传统的金属电极，利用金属纳米粒子表面的等离激元效应增强光致分子电流开关效应。为了实现上述技术目的，根据本专利技术的第一方面，提供了，其包括第一步骤，用于制备球形的金属纳米粒子，并且使所述金属纳米粒子与金属导线连接；第二步骤，用于将单个分子置于两个球形金属纳米粒子之间，分子与金属粒子间通过隧穿耦合；第三步骤，用于在两个导电极上外加合适大小的偏置电压，其中偏置电压的大小被选择为使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且使得偏压窗口内没有分子的激发电子态存在；第四步骤，通过使用外加激光脉冲照射在整个分子器件上来形成光致分子电流开关。优选地，在第二步骤中，所述两球形金属纳米粒子具有同样的直径大小。优选地，在第四步骤中，通过控制照射在整个分子器件上的外加激光脉冲的强度等特性，形成光致分子电流开关。优选地，第一步骤中球形的金属纳米粒子为金、银、铜、或铝。本专利技术公开了一种表面等离激元增强激光脉冲控制分子电流开关效果的方法，其中，制备球形的金属纳米粒子，该粒子与金属导线连接，构成分子的两个导电极；将单分子置于两球形金属纳米粒子之间，使得电子能通过顺序隧穿机制流过分子器件；两导电极上外加合适大小的偏置电压，使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且偏压窗口内没有分子的激发电子态存在；通过控制照射在整个分子器件上的外加激光脉冲的强度等特性，形成光致分子电流开关。本专利技术实现的激光脉冲控制分子电流开关的方法利用球形金属纳米粒子的表面等离激元效应增强光致分子电流开关效果，具有结构简单、光电效率高、便于集成等特点。附图说明 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图1示意性地示出了根据本专利技术实施例的激光脉冲控制分子电流开关的方法的流程图。图2示意性地示出了根据本专利技术实施例的激光脉冲控制分子电流开关的方法的示意图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施例方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。为实现上述目的，本专利技术利用金属纳米粒子代替传统的金属电极作为单个分子的导电结，激光脉冲照射在分子器件上，球形的金属纳米粒子表面由于光照激发出表面等离激元杂化态，该表面等离激元增强了能量在金属纳米粒子和分子之间的转移，使得光照增强了分子电流大小。具体地说，图1示意性地示出了根据本专利技术实施例的激光脉冲控制分子电流开关的方法的流程图。更具体地说，如图1所示，根据本专利技术实施例的激光脉冲控制分子电流开关的方法包括第一步骤SI，用于制备球形的金属纳米粒子，并且使所述金属纳米粒子与金属导线连接，从而构成分子的两个导电极。第二步骤S2，用于将单个分子置于两球形金属纳米粒子之间，分子与金属粒子间通过隧穿耦合；该隧穿耦合强度较弱，使得电子能通过顺序隧穿机制流过分子器件。优选地，所述两球形金属纳米粒子具有同样的直径大小。第三步骤S3，用于在两个导电极上外加合适大小的偏置电压，其中偏置电压的大小被选择为使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且使得偏压窗口内没有分子的激发电子态存在。第四步骤S4，通过使用外加激光脉冲照射在整个分子器件(即两球形金属纳米粒子及其之间的单个分子)上来形成光致分子电流开关；其中，例如可通过控制照射在整个分子器件上的外加激光脉冲的强度等特性，形成光致分子电流开关。优选地，第一步骤SI中球形的金属纳米粒子为金、银、铜、铝等材质。 图2示意性地示出了根据本专利技术实施例的激光脉冲控制分子电流开关的方法的示意图。其中示出了实施例中的激光脉冲控制分子电流开关。参考标号I表示分子，参考标号2表示球形金属纳米粒子。图2中带有箭头的曲线代表外加激光脉冲。金属纳米粒子与金属导线连接，构成分子的两个导电极。单分子置于两球形金属纳米粒子之间，如图2所示，电子能通过顺序隧穿机制流过分子器件。随后可调整两导电极上的偏置电压，使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且偏压窗口内没有分子的激发电子态存在，偏压窗口的上方有一个单电子激发态。随后外加激光脉冲照射在整个分子器件上，在金属纳米粒子表面激发出等离激元，增强了分子中电子激发态与中性基态间的转换，从而增大了分子电流开关效果。在本专利技术实施例中，作为导电极的是两个同样直径的与外金属导线连接的球形金属纳米粒子，单分子置于两粒子之间。电子在分子与金属纳米粒子之间通过顺序隧穿机制转移。在金属导线上外加较小的偏置电压，使得偏压窗口内分子内只有中性基态(即激发电子数为零)，平衡费米能级也在偏压窗口内，而高于偏压(即高于任一导电极的化学势)的位置有一个单电子激发态。没有外加激光光照时，由于偏压太小，单电子激发态处于偏压窗口外，因此几乎没有电流流过分子。而当激光脉冲照射在该分子器件上，激光在球形金属粒子表面容易形成等离激元态，光致在分子中形成了中性基态一单电子激发态一中性基态的非平衡变化，导致分子净电流的产生。球形金属粒子表面的等离激元大大增加了单电子激发态的非平衡电荷数，使得金属纳米粒子与分子之间以及两金属纳米粒子间的能量转移增强，分子电流因此大大增强。由此，本专利技术实施例采用球形的金属纳米粒子代替传统的金属电极作为连接单个分子的导电结，外加激光脉冲在球形金属纳米粒子表面形成的等离激元极大的增强了分子电流，从而形成了光致分子电流开关效应。基于本专利技术的光致分子电流开关，具有结构简单、光电效率高、便于集成等特点。此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。可以理解的是，虽然本专利技术已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本专利技术。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光脉冲控制分子电流开关的方法，其特征在于包括：第一步骤，用于制备球形的金属纳米粒子，并且使所述金属纳米粒子与金属导线连接；第二步骤，用于将单个分子置于两个球形金属纳米粒子之间，分子与金属粒子间通过隧穿耦合；第三步骤，用于在两个导电极上外加合适大小的偏置电压，其中偏置电压的大小被选择为使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且使得偏压窗口内没有分子的激发电子态存在；第四步骤，通过使用外加激光脉冲照射在整个分子器件上来形成光致分子电流开关。

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲控制分子电流开关的方法，其特征在于包括 第一步骤，用于制备球形的金属纳米粒子，并且使所述金属纳米粒子与金属导线连接; 第二步骤，用于将单个分子置于两个球形金属纳米粒子之间，分子与金属粒子间通过隧穿耦合； 第三步骤，用于在两个导电极上外加合适大小的偏置电压，其中偏置电压的大小被选择为使得分子内部费米能级处于该偏压窗口内，并且使得偏压窗口内没有分子的激发电子态存在； 第四步骤，通过使用外加激光脉冲照射在整个分子器...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟旭，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：