Wetenschappers maken diode uit één molecuul

Het is onderzoekers van de TU Delft gelukt een diode van slechts één molecuul groot te maken. De diode heeft een gelijkrichtingsratio van 600, wat voor diodes van slechts een enkele molecuul hoog is. Een klassieke diode heeft al snel een waarde van 10.000 tot 100.000.

De diode van een enkele molecuul bestaat uit twee benzeenringen aan beide zijden met daartussen een brug van ethaan. Er kan geen stroom lopen als de energieniveaus aan beide zijden verschillend zijn, maar er kan wel een stroom lopen als de niveaus aan beide kanten gelijk zijn.

Naast het wel of niet laten lopen van een stroom, kunnen ook de energieniveaus aangepast worden met een elektrisch veld. Dat kan door gebruik te maken van een zogenaamde 'gate-elektrode', zegt promovendus Mickael Perrin op de site van de TU Delft. Met het elektrisch veld kan de gelijkrichtingsratio van de diode aangepast worden vanaf 20.

"De eerste diode op basis van een molecuul is in 2005 gemaakt", zegt Perrin. Dat waren volgens hem toen nog vrij beroerde 'stoplichtjes'. Er liep bij 'groen' ongeveer tien keer zo veel stroom doorheen vergeleken met 'rood', iets wat je in de stoplichtanalogie volgens Perrin een 'behoorlijke verkeerschaos' kunt noemen. In eerder onderzoek was de gelijkrichtingsratio niet veel hoger dan 15.

Het artikel over het onderzoek verscheen in het tijdschrift Nanoscale.

Reacties (48)

[Swerfer]

Er kan geen stroom lopen als de energieniveau's aan beide zijden verschillend zijn, terwijl er wel een stroom kan lopen als de niveau's aan beide kanten gelijk zijn.

Hoe kan er überhaupt een stroom lopen als de niveaus aan beide zijden gelijk is?

[gjmi]

Een energieniveau is anders dan ladingsverschil. Een elektron kan naar een hoger energie niveau gaan door bijvoorbeeld een botsing met een ander deeltje. En het zal uiteindelijk weer terugvallen naar zijn "eigen" energie niveau. Een atoom met een elektron in een hoger energie niveau heeft geen andere lading dan hetzelfde atoom met dat elektron in zijn "eigen" energie niveau.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Energieniveau

Als een molekuul/atoom lading heeft, is het aantal electronen meer of minder dan de normaal toestand. Dat staat los van het energieniveau.

[Reactie gewijzigd door gjmi op 26 juli 2024 15:05]

[spyro]

Je hebt het over aangeslagen toestanden en grondtoestanden. Wanneer de energie die door een electron opgenomen wordt zo groot is dat het electron vrijkomt, dan ontstaat er daarmee een ladingsverschil. B.v. bij ioniserende straling. Dat is de situatie die je beschrijft in de laatste twee zinnen. Wat je daar 'normaal toestand' noemt is de situatie dat er evenveel electronen als protonen zijn. En er is lading als dat aantal niet gelijk is. Dan is het atoom geioniseerd.

[gjmi]

Ik wou het simpel houden, we kunnen hier pagina's er over vullen

[gjmi]

een molecuul zegt niet veel, deze kan natuurlijk erg groot zijn en uit honderd miljoenen atomen bestaan :

http://www.scientias.nl/w...t-grootste-molecuul-ooit/

hoewel die uit dit artikel wel wat kleiner is

[hahaha2223]

je kan nooit 1 molecuul maken dat net zo zwaar is als een normale diode nu, dus dat het maar 1 molecuul is zegt best wel iets

[gjmi]

Dat is ook zo, mijn punt was alleen dat één molecuul geen duidelijke maat is. Het kan 2 atomen zijn, of 100 miljoenen.

[Fredi]

Ik heb het voor je uitgerekend. Dit molecuul bestaat uit 48 atomen(26 C's(rode bollen) en 22 H's(witte bolletjes op de tekening)). Dit molecuul is dus klein.

[gjmi]

Dat hoefde niet. Ik snap het wel. Je snapt mijn punt alleen niet. De titel heeft het over één molucuul. Ik wou alleen aangeven dat dat weinig zegt. Als er 48 atomen had gestaan had het veel meer gezegd.

[PuzzleSolver]

Klopt, plus er mankeert wel meer aan de titel

De eerste diode op basis van een molecuul is in 2005 gemaakt

Oftewel de titel gaat over 11 jaar oud nieuws. Verder mis ik ook uitleg over praktische toepassingen en productie haalbaarheid van zo'n diode.

[gjmi]

De toepassing en haalbaarheid is wel vaker een discussie. Daar gaat het ook niet altijd om. Het helpt om inzicht te krijgen. En daarmee kun je misschien weer andere dingen realiseren. er moet eerst onderzocht worden om te zien of iets haalbaar is. Je kunt van onbekend terrein niet bij voorbaat zeggen dat het onhaalbaar en toepasbaar is. Je zult het eerst moeten uitproberen. En meer dan eens worden er juist hele andere toepassingen gevonden dan waar men naar op zoek is.

[PuzzleSolver]

Dat klopt, maar als het nieuws op Tweakers wordt geplaatst dan verwacht ik er toch wat meer informatie over. Anders zijn er wel heel veel wetenschappelijke artikelen om hier te posten.

Ik kom hier voor relevant nieuws en ik vind het best wel leuk om te horen over een doorbraak op computer gebied. Deze diode zou daar best onder kunnen vallen, alleen kan ik dat helaas niet opmaken uit de tekst bij dit artikel

[gjmi]

Een diode is een basis onderdeel van elektronische schakelingen. Dit is natuurlijk wel een tweakers site, en tweakers weten waar dit voor dient. Je kunt er natuurlijk van uit gaan dat ze hier niet zomaar willekeurige artikelen posten die niets met elektronica te maken hebben. En hoe moeilijk is het om een zoekmachine te gebruiken en diode in te typen?

Anders kun je bij veel artikelen die hier voorbij komen bakken aan informatie bijschrijven voor de niet-tweakers.

[PuzzleSolver]

Je snapt mijn punt alleen niet.

Ik wou alleen dat er wat uitleg wordt gegeven over de relevantie.

Ik weet wat een diode is, maar een diode maakt geen computer. De inleiding van het bronartikel geeft nu nog meer informatie over de relevantie dan het tweakers artikel.

In the pursuit of down-sizing electronic components, the ultimate limit is the use of single molecules as functional devices.

Het bron artikel is al helemaal een stuk duidelijker geschreven

http://www.tudelft.nl/nl/...n-slechts-een-molecuul-2/

[Deick]

In principe bestaat bijvoorbeeld een kunststof asbak uit 1 molecuul.

[aadje93]

Polymeren betekend niet dat het één molecuul is, het zijn vele lange ketens die in elkaar verwoven zitten. Door onderlingen waterstofbruggen etc. word het geheel bij elkaar gehouden.

[lololig]

Moleculen kunnen wel heel erg lang zijn zoals in Dyneema het geval is.
Verder kun je nog denken aan grafeen waarbij je ook een tamelijk grote structuur hebt. (grafeen is overigens totaal geen polymeer).

De verschillende ketens worden ook gewoon door vervlechting bij elkaar gehouden en de h-bruggen zorgen natuurlijk voor weerstand.

Aan de andere kant kun je wel denken aan gevulkaniseerd rubber waarbij de moleculen een stuk groter zijn, omdat de verschillende ketens daar aan elkaar gekoppeld worden met zwavel.

[Deick]

Bij thermoharders (asbak) worden de polymeren niet door waterstofbruggen bij elkaar gehouden maar daadwerkelijk door covalente krachten, net als tussen atomen in een molecuul.

[Pyrone89]

Dat bestaat uit 1 type materiaal, niet 1 molecuul.

[hahaha2223]

Nope, altijd nog meerdere moleculen.

[spyro]

Ach, als je maar een hele zuivere diamant hebt, is dat in principe één molecuul. En zo kun je ook als ze maar heel zuiver zijn echt hele grote polymeren maken.

[mae-t.net]

Maar met een klassiek siliciumkristal kun je alleen maar een diode maken door het te verontreinigen zodat het geen enkel molecuul (meer) is. Ook vanuit dat oogpunt is dit dus iets bijzonders.

[Fredi]

Alleen is dit molecuul echt wel klein. Twee benzeenringen aan beide zijden, dat zijn 24 koolstofatomen + nog twee koolstofatomen van ethaan is een totaal van 26 koolstofatomen. Goede prestatie dus denk ik van TU Delft, daar ik niet weet uit hoeveel moleculen een klassieke diode bestaat(#moleculen/gelijkrichtingsratio).

[gjmi]

Ja, helemaal gelijk. Ik wou alleen aangeven dat één molucuul niet echt een maatstaf is die je kunt gebruiken om aan te geven hoe groot of klein iets is.

[WhizzKid-Eddy]

Is dat molecuul niet toevallig een fractal...? Zo ziet het er namelijk wel uit.

[sypie]

En hoe ga ik dit morgen aan mijn Havo 2 klas uitleggen bij Natuurkunde? Het begrip LED begrijpen ze, dat geeft maar op één manier licht. Een normale diode gaat op zich ook nog.... Maar een diode van één molecuul?

[uiltje]

Eh, niet? Je kan het melden als leuk weetje. Maar zolang ze nog geen natuurkunde studeren lijkt me dit nog niet echt nodig.

[gjmi]

Begrijpen ze ook de interne werking van een LED, hoe het licht ontstaat? Dan is dit ook uit te leggen. Maar je kunt natuurlijk niet alle details van natuurkunde uitleggen aan Havo 2. Dat is dan voor een hogere klas. Of een HBO/Universitaire opleiding (toegepaste) natuurkunde.

[spyro]

Dat is voor HAVO 2 te hoog gegrepen maar voor VWO 5 niet.

[hahaha2223]

Simpel, wacht tot ze echte scheikunde hebben gehad

[Pyrone89]

Je bedoelt natuurkunde

[delta9vdp]

Dat ligt er een beetje aan. Wat mij opviel (lang geleden ) toen ik begon aan mijn studie (H.LO.) is dat: scheikunde=natuurkunde,
natuurkunde=wiskunde en wiskunde is toch best f****n lastig

[hahaha2223]

Dit gaat over moleculen, iets dat voornamelijk in scheikunde behandeld wordt

[spyro]

Ik heb er wel de pest in. Had ik dit artikel een week eerder gezien dan had mijn klas er vandaag een toetsvraag over gekregen. Hadden ze mij mogen uitleggen waarom ik het nog niet helemaal snap. Immers, in een geconjugeerd systeem is er wel geleiding mogelijk, maar in de ethaan-linker niet. Ethaan geleid niet een beetje, het geleid helemaal niet, en geschakelde benzeen-ringen wel. Dus dat dit dan kan geleiden snap ik niet. En dus ook niet het het kan richten, want daarvoor moet het wel eerst kunnen geleiden. Dacht ik althans, maar ja, ik ben geen halfgeleider expert.

[WhizzKid-Eddy]

Als jij het al niet snapt, hoe moeten die studenten het dan in hemelsnaam wel snappen...

[spyro]

Dat kan juist heel nuttig zijn. Samen op zoek naar iets wat je samen niet begrijot op grond van de theorie en info die we eerder samen bespreken. Zo kom je in de wetenschap verder, en op VWO moeten ze daarin getraind worden. Het gaat niet om pasklare antwoorden en standaard situaties. Maar om creatief met bestaande kennis omgaan, toepassen op nieuwe situaties en en kijken waar het mis loopt. Daar klopt de theorie dan niet meer en maak je aanpassingen.

[WhizzKid-Eddy]

Zal wel aan mij liggen, maar ik vind het nogal een eigenaardige manier van lesgeven zo...

[spyro]

Werkelijk? Het is geen VMBO he, dus het hoort ook complex te zijn. Daarbij moet ik leerlingen soms dwingen zelfstandig na te denken door complexe problemen voor te leggen die via niet gestandaardiseerde strategieen tot een oplossing of inzicht leiden. Althans, dat is mijn ideaal. Lukt lang niet altijd.

[Verwijderd]

Kan iemand mij uitleggen waarom deze eigenschap specifiek is voor dit molecuul? Is het niet zo dat elektronen altijd moeite hebben te stromen naar een hoger energieniveau?

[spyro]

Omdat het ook verwarrend is. Lading en energie zijn verschillende dingen, maar hebben wel met elkaar te maken. Energieniveau's (van de electronen) hebben te maken met de quantumtoestand van die electronen. Als ze in aangeslagen toestand zitten (zeg maar in een hogere electronenbaan volgens het Bohrse model), dan hebben ze een hogere energie. Als die toestanden links en rechts van de linker verschillen (dus b.v. in de benzeenring links van de linker zit een electron in een hogere toestand dan in de benzeenring rechts van de linker), dan is er daarmee is er daarmee nog geen ladingsverschil tussen de twee zijden. En electronen gaan stromen pas als er een ladingsverschil is.

Om van de eigenschappen van dit systeem gebruik te kunnen maken, moet er een extern
spanningsverschil over heen worden gelegd. En dan blijkt het dus een gelijkrichter te zijn
Waarom dat in dit molecuul nou specifiek zo werkt weet ik niet precies. Daar gaat het hele onderzoek over en dat kan ik niet lezen jammer genoeg. De geleiding kan ik wel uitleggen voor de benzeenringen, maar over die linker tast ik ook een beetje in het duister.

[Thiadmar]

Hoewel kunstoffen inderdaad uit erg grote moleculen bestaan (polymeren), zijn deze zeker niet zo groot als een asbak. Ze zullen ook nooit met het blote oog waarneembaar kunnen zijn. Een kunstof, zoals een asbak, bestaat uit een netwerk van zeer veel polymeren.

[jessesteinen]

Een polymeer is juist wel een (1) molecuul. Thermoharders vormen, door het grote aantal bruggen tussen de polymeren, zo goed als één groot molecuul en volgens mij is zo'n asbak toch van een thermoharder gemaakt.

[Reactie gewijzigd door jessesteinen op 26 juli 2024 15:05]

[aadje93]

zo goed als betekend niet dat ze één molecuul vormen . Ze gaan zeer sterke onderlingen bindingen aan, maar het blijve losse moleculen. Er vormen echter een minder aantal, maar grotere netwerken van de afzonderlijke polymeren.

[spyro]

Dat hoeft echt niet. Het kan wel degelijk een groot molecuul zijn. Zol lang er cross-links zijn, in de vorm van atoombindingen, is het in principe één groot molecuul. Dat is nl de definitie van een molecuul, atomen die door atoombindingen aan elkaar zitten.

[jessesteinen]

Zo goed als... in de zin dat het er ook 2 of 3 zouden kunnen zijn, niet dat ze het allemaal nét niet zijn.

Even snelle Wikipedia link, weliswaar geen harde wetenschappelijke onderbouwing: https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Polymeer

[Hkuit]

standaard verschrijving: Kunstof!

[spyro]

En zolang het een netwerk is, is het in principe nog steeds een molecuul. Zolang het door atoombindingen aan elkaar hangt is het een molecuul te noemen. Beetje kort door de bocht, maar je kunt er wel een discussie over voeren.

[Verwijderd]

"De eerste diode op basis van een molecuul is in 2005 gemaakt", zegt Perrin.

2005 of 2015?


Researchers first to create a single-molecule diode May 25, 2015

Zie ook een Diode uit DNA, uit 2016.

World's smallest diode made from a single DNA molecule Colin Jeffrey April 5, 2016