분자크기의 전기스위치(electronic switch) 개발

분자전기스위치(molecular electronic switch)는 두 가지 혹은 그 이상의 상태를 전이할 수 있는 개별적인 분자들이 결합체를 이룬 것으로 도체 혹은 절연체와 같은 일종의 스위치 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

이러한 스위치들은 개개의 분자들 혹은 분자 복합체들이 전기적인 요소처럼 움직이는 분자 전기학의 분야에서 많은 응용을 가능하게 해 줄 것으로 보인다. 하지만, 분자 수준에서 가역적으로 반복적인 분자 전기 스위치를 만들어내는 것은 아직 해결해야 할 부분들이 많다.

이에, 일본물질재료연구소(NIMS)의 Shintaro Fujii, Manabu Kiguchi, Kazunori Sugiyasu와 일본산업기술종합연구소(AIST)의 Hisao Nakamura와 동료 연구자들은 다중 컨덕턴스상태(multi-conductance state, 예를 들면 높은, 중간, 낮은 상태)를 지닌 분자전기스위치가 단일쿼터 티오펜 기반접합(single quarter thiophene-based junction)을 이용해 제작이 가능하다는 것을 보여주었다. 이 새로운 스위치에서 스위치의 움직임은 외부의 기계적인 힘에 의해 촉발된다.

연구팀은 단일쿼터 티오펜 기반접합을 두 개의 금 전극 사이에 주사터널현미경(scanning tunneling microscopy (STM))-보다 정확하게는 주사터널현미경 기반의 기계적으로 조절가능한 틈 접합(STM-based mechanically controllable break junction (STM-BJ))-을 이용해 연결시켰다. 그들은 다음으로 피에조 액추에이터(piezo actuator)를 경유해 외부의 기계적인 힘을 그 접합에 가했다.

쿼터 티오펜 기반 분자들은 4개의 티오펜 링과 금 전극에 결합하는 4개의 결합 위치를 가지고 있다. 구조적인 대칭성으로 인해, Fujii, Kiguchi와 동료 연구자들은 그 접합에 대한 3가지 형태의 결합 방식이 존재할 수 있다는 것을 발견했다. 그들이 수행한 STM-BJ 실험과 이론적인 시뮬레이션 결과들은 쿼터 티오펜 접합이 서로 다른 전기적 전도성을 지닌 3가지 전도 상태를 만들어낸다는 것을 보여주었다. 이들 3가지 상태들은 분자들의 결합 위치와 외부의 기계적인 힘에 의존한다.

이와 같은 다중 앵커(anchor)를 지닌 분자 접합이 서로 다른 가능한 결합 위치의 조절방법과 결합하게 되면 지속적인 형태의 기능적 분자 기기가 완성된다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Single Molecular Resistive Switch Obtained via Sliding Multiple Anchoring Points and Varying effective Wire Length." J. Am. Chem. Soc. 136, 7327 (2014). DOI: 10.1021/ja413104g]를 참고하기 바란다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 분자크기의 전기스위치(electronic switch) 개발