отзыв вед орг (Теоретическое исследование электронного транспорта в молекулярном одноэлектронном транзисторе)

"УЗВК жДАЮ" , ';;Нййузй~ктера лз ' °; ':..НВЗЗ7Ш30гА.Кгзтельннкева РАН 4...:Злйбз;:"~',,' гчуз ~з .Рбц-. цюрр. РАН С.А. Никитов ОТЗЫВ велушей организации- Фелеркльиого государственного бюджетвеге учрежденяв науки Нмсгмтутв рвлнетезиики и элмсгреннки нм. В.А.Котельникова РАН нв днссерткцноиную работу Герасвмевв Ярослава Сергеевмча "Теереткческее исследование элмгцэовного транскерта вмелмгулврном одноэлекгренном трвнзистереч представленной на соискание ученей стекеин кандидата физико-матемятичеекихнаук пе сиециальносгвм 01.04.04- физическая электроника и 01.04.07 — физика кондененреввнваге свстонння Диссертационная работ» Я.С. 1 ерасимова посвяшена исследованию и решению задач, возникающих при конструировании новмх элементов молекулярной жектроники, а шюке теоретическому анализу и численному моделированию транспортных характеристик и свойств таких молекулярных злектровных устройств.

Аюч Врйй~ темы Актуальность диссертапиониой работы связана с фунламеитгньными физическими исследованиями электронных свойств устройств с пониженной размерностью и прикладными задачами, связаннььчи с разрабошой элементной базм пан оэлею ро ники В настоящее время нрн повышении степени интеграции в микроэлектронике и при переходе на интегральные структуры субмикронных и молекулярных размеров необходимо учитывать целый ряд квантово-разьмрных эффектов, которые окюывают существенное влияние на электронные свойства таких структур. Для того, чтобы эффективно применять эвектронные мономолекулврньм наноструктуры на практике и создавать на их основе элементную базу нового поколения электронных приборов- электронных устройств иа квантовых связях, необходимо исслеловать особенности электронного транспорта иа уровне молекулярного объекта.

Это и «ючшось основной целью данной работы. Структуры ва основе эффекта коррелированиого электронного туниелировання 1одноэлектроипые с»руктуры) явлшотся достаточно перспективными для создания широкого спектра тверлотельных приборов с уникальными характеристиками, в том числе интегральиьщ схем вового поколения сверхвысокой степени шпеграции. Интерес к данныи устройствам снова вырос в связи появлением различньгк наногсхиолагий, позволяювшх манипулировать отдельными молекуларными сбьектами и создавать на их основе электронные наноструктуры предельно малых размеров его и, как результат, высоких рабочих температур устройства, вплоть до комнатных.

В настоящее врем» .многие вспушив научные цщпры во всем мире активно ведут работаь в этом направлении и число публикаций па данной тематике непрерывно растет. Оепевные научные результаты и мх новизна В работе подробно анвлизируегсл современное состояние нсследованлй в элекгровюге в целом, а также актуальность и абоснаваннопь перехода к молекулярной электронике. Предшавлеи обзор экспериментальных и теоретических работ по созданию наиоэлектронных элементов молекуырнаго масвпаба, проведено сбсуждшще последних рюущтаюв по исследованию молекулярных одноэчектронных устройств. Обоснована возможность введения для квантовых сбьекгов аэффекгяввых» анатогов основных классичешагх электрических параметров, показана необхадимашь изучени» туннельного транспорта электронов в наноструктур»к молекулярною масппаба с учетам адназлеатроиных эффектов и эффектов квщпавания энергетического спектра элеьтровов, опредеаены задачи, коюрые необхолимо решить при моделировании электронного транспорта через нанообъекгы различного размера н молекулярной сэру кгуры.

В диссертации разработан метод определения эффекгивпой емкости наиообъекшв, основанный на «вавтово-механическом расчете энергии их взаимодействия в зависимости от ик зарядов и рассгаяни» между ниии. Метод позволяет рассчитыыпь взаимную емкость элементов в одноэлектронных системах, характеризузощихся слабой туннельной связью. Показано, что в упрощенной модели молекулярного взаимодействия в первом порядке теории возмущений можно пренебречь обменом элевтронов, при этом межмолскулярные силы имеют характер притяжения и можно перейти к прлыым электростатнческкм взвимодейстшшм. Распределение электронной плотности молекул может быть рассчитано стандартными квжповьпги методами самоазгявсованного пала, что позволяет аа зацанном рас«пжнии межлу двуми молекуламн рассчитать эффекпгвное значение взаимной емкости пер нанообъектов.

Разработанный метод позволяет производить расчет взавмиык емкосшй вракгически любых юынтовьщ нанообъектов, вплоть до сливочных атома». Важные результатом является расчет на основе предложенной методики взаимной емюспз двя лар одинаковых молекул карборана, фуьщерена и платинового кластера. В работ» исстедаааны особенности спектра« основных п «щбужденных по плановому числу энергетических состояний молекул при изменении их полного элеюричеагаго заряда. Показано, что уровни в области энерщтической щел», определяют особенности э«ектронного транспорта через малскзму в составе одисэлекгроннаго молекущриого устройства.

При эюм при увеличсмии заряда молекулярного объекта внутри щели щектронвых спектров возникают дополнительные энергегнчеаще уровни но отношению к общеприюпому виду пуспщ энергетической шел« НОййО-ВОУИО молекул Найденные закономерности образования *'дополнительных" энергетических уровней в щел» молекулярных сне«тров позволили соэлать щюстой в эффективный метод определения положещш таких уровней в спс«трс, который может значищльно сократить расчеты квантово-химических свойств ло расчета леул-трех свето«ний молекулы.

Несомненным достюкением и достаючно ярким реву тьтатоы автора является исследование одноэвектуюнных и физико-хнынческих свойств золотых наначастиц, окруженных лигаидной оболочкой из органических молекул додекантио«а. В настоящее время технологи«иммобилизации золотых ианочастиц с помощью тиолов достаточно харашо разрабатана экспериментально, поэтому расчет энергетических характеристик золотых наночаспш с различным «олвмютаом атомов, а также зависимоогь этих хврюггернстик ог числа атомов и размера частиц являетс«актуальным дая экспериментальных разработок молекулярных электронных устройств В работе нриводяю» эванс«мощи собственной электрической емкости золотьщ наначастид ст «оличества атомов. Изучено влияние лигандов дадекаитиолов на энергепгческие и емксстиые свойства зачатых наночастиц.

Показало, что в одночастичных электронных спектрах задетых мегаллополнэдров при числе атомов балыке 13 быво абнаругкено появление энергетических "допоанатюшных'* уровней внутри энергетической щели, аналогично тому, «ак зто было усщноюеио лла малых молекул. Аналю структуры спеатров золотых наночастиц окруженных лигандными молекулами показал, по атомы серы тиолав являются акцепторами электронов золотого «дра и цри соединении лигандоп и золотого «дра часть электронной плотнощи из металла вмещаема к лигандам и в месте нх контагпв возникает подобие барьера Шотгки.

Присоединение «аждого лаполннюльного лига«да эффективно зар:пласт золотое ядро наночастицы на варан электрона и сдвигает па структуре весь спектр нв единицу по юрядавому числу относительно спектра часпщы без лигандов. Расчет спектра частиц с апалопгчными лигандами, но без 1тлеводородных окончанвй, показал, по во влиянии лиг«ндпа-тнолов на электронные спектры золотых наночастиц главную роль играют атомы серы и структура спектра не зависит ст длины молекулы тиола.

Важным пракпгческим результатом ланиого исследования явлнегся возможность подбором длины молекулы тиола при «онструироваиии мономолекулярвого олноэлектроннога устройства регулировать емкость «улоноаского ос~рова и максимальную прозрачность зуннельных барьеров. не меняя при этом его энергетических свойств. Автором разработана орипгнальная параметрическая модель, в которой методом имитационного модевироыщия Моите-Карло, рассчитьщются спектр полных энергий нанообъектов любых размеров, в том числе нелоступньж дл» юмнтового расчета (более 1 нм).