Collaborative Research: Single Molecular Devices for Molecular Nanocomputing: Synthesis, Device Fabrication and Theory

合作研究:用于分子纳米计算的单分子器件:合成、器件制造和理论

基本信息

  • 批准号:
    0726902
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-09-01 至 2010-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Collaborative Research: Single Molecular Devices for Molecular Nanocomputing: Synthesis, Device Fabrication and TheoryAs the current silicon complimentary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology continues to increase the speed, capacity and computational power of modern computers, it approaches the fundamental limit at which processors can no longer be made smaller, faster and cheaper. This collaborative project will investigate single-molecule electronic devices as fundamental building blocks for molecular nanocomputing, an emerging technology for the next generation of information systems beyond CMOS integrated circuitry. By bringing together the complimentary expertises in organic synthesis (the Yu group at the University of Chicago), device fabrication and electrical characterization (the Tao group at the Arizona State University), and nanoscale theory/modeling (the Oleynik group at the University of South Florida) into a synergistic effort, the team will focus on the development of innovative computer technologies at the atomic and molecular levels using fundamental principles of nanoscience and engineering. This high-risk, high-return area of research promises revolutionary advances in developing faster and smaller computer chips beyond conventional silicon CMOS technology.The research program includes three major thrusts: (1) to synthesize new "designer" molecules that will function as diodes, transistors, switches and information storage elements and with the help of theory/modeling to establish a structure/property relationship between a molecule's chemical nature and resulting electronic properties. (2) to assemble these "designer" molecules into nanocircuitry using STM, conducting AFM, and electrochemical break junctions for electrical characterization of single-molecule devices, and to control the electron transport in these molecules using electrochemical gating combined with the guidance from theory. (3) to develop fundamental operational principles of specific molecular devices using the theory of electron and hole resonant tunneling conduction, and to investigate molecule/electrode contacts, negative differential resistance switches, molecular field effect and bipolar transistors. The tightly coupled, vertically integrated research and educational activities will provide a unique opportunity to nurture the next generation of scientists and engineers who will put the science beyond Moore's law into practice.
合作研究:用于分子纳米计算的单分子器件:合成、器件制造和理论随着当前的硅互补金属氧化物半导体(CMOS)技术不断提高现代计算机的速度、容量和计算能力,它已经接近处理器无法再变得更小、更快和更便宜的基本极限。该合作项目将研究单分子电子器件作为分子纳米计算的基本构建模块,分子纳米计算是超越 CMOS 集成电路的下一代信息系统的新兴技术。通过将有机合成(芝加哥大学的 Yu 小组)、器件制造和电气表征(亚利桑那州立大学的 Tai 小组)以及纳米级理论/建模(南佛罗里达大学的 Oleynik 小组)方面的互补专业知识整合到一起,进行协同努力,该团队将利用以下基本原理,专注于在原子和分子水平上开发创新计算机技术: 纳米科学与工程。这一高风险、高回报的研究领域有望在开发超越传统硅 CMOS 技术的更快、更小的计算机芯片方面取得革命性进展。该研究计划包括三个主要方向:(1) 合成新的“设计”分子,这些分子将充当二极管、晶体管、开关和信息存储元件,并借助理论/建模在分子的化学性质和由此产生的电子性质之间建立结构/性质关系。 (2)利用STM、导电AFM和电化学断裂连接将这些“设计”分子组装成纳米电路,以进行单分子器件的电学表征,并利用电化学门控结合理论指导来控制这些分子中的电子传输。 (3)利用电子和空穴共振隧道传导理论开发特定分子器件的基本工作原理,并研究分子/电极接触、负微分电阻开关、分子场效应和双极晶体管。紧密耦合、垂直整合的研究和教育活动将为培养下一代科学家和工程师提供独特的机会,他们将超越摩尔定律的科学付诸实践。

项目成果

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