Ortelius classification: Electronic, magnetic and superconductive properties
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Csonka, Szabolcs Makk, Péter
Starting date
2009-01-01
Closing date
2011-12-31
Funding (in million HUF)
9.996
FTE (full time equivalent)
3.92
state
closed project
Summary in Hungarian
Mindennapokban használható molekuláris elektronikai eszközök építésének elengedhetelen feltétele, hogy megbízható minősítési módszereket fejlesszünk ki molekuláris nanokontaktusok vizsgálatára. Legtöbb esetben a molekuláris nanokontaktus nem “látható” mikroszkópiai módszerekkel, minden információt az elektronikai tulajdonságok alapján nyerünk.
A pályázat keretében jól definiált molekuláris nanokontaktusok létrehozását és részletes minősítését tervezzük. A vizsgálatok elsősorban szupravezető subgap struktúra méréseken, inelasztikus gerjesztések pont-kontaktus spektroszkópiáján, és a molekulákat kontaktáló elektródák távolságának finom hangolásán alapulnak. Az eredményeket közreműködő elméleti csoportok ab initio számításai alapján elemezzük.
A saját tervezésű Mechanikusan Szabályozható Törőkontaktus berendezés egy kiváló eszköz molekuláris nanokontaktusok vizsgálatára, elsősorban kiemelkedő stabilitása, és az alkalmazható mérési módszerek széles palettája miatt. Egy korábbi munkájukban a pályázók elsőként alkalmazták a szupravezető subgap struktúra méréseket molekuláris kontaktusok elasztikus transzmissziós együtthatóinak meghatározására. Ez, az inelasztikus gerjesztések spektroszkópiájával együtt, részletes információt nyújt a vizsgált rendszerről.
A pályázat keretében molekuláris gázokat és komplex szerves molekulákat juttatunk a nanokontaktusokhoz újszerű adagolási módszerek fejlesztésével. A molekulák kölcsönhatását tanulmányozzuk különböző szupravezető fémekkel és ötvözetekkel. A kísérletek eredményeként jól definiált molekuláris nanoszerkezetek kerülnek kiválasztásra, melyek viselkedése részletesen megérthető a fenti vizsgálati módszerek segítségével.
Summary
The future aim of building functional single-molecule electronic devices necessitates the development of reliable characterization techniques of molecular nanojunctions. In many cases the direct microscopic imaging of the junction is not possible, thus all the information about the molecular device must be extracted from its electronic properties.
In this project we propose the creation and detailed characterization of well-defined molecular nanostructures primarily based on the superconducting subgap method, the study of inelastic excitations with point contact spectroscopy, the fine tuning of the separation between the electrodes grabbing the molecules, and the comparison of the results with ab initio calculations of collaborating theoretical grops.
The self-designed Mechanically Controllable Break Junction setup at the host institution is a perfect tool for the study of molecular nanojunctions due to its extreme stability, and the wide palette of characterization methods. In a previous work the authors have applied the superconducting subgap method for the first time for the characterization of the elastic transmission properties of molecular nanojunction. This together with inelastic excitation spectroscopy provides detailed information about the system.
In the framework of the project novel deposition techniques will be developed for molecular gases and complex organic molecules. The interaction of the molecules will be studied with various superconducting metals and alloys. As result of the experiments, well-defined molecular nanostructures will be selected for which a detailed understanding can be given with the above characterization methods.
Final report
Results in Hungarian
Az OTKA K76010 kutatói pályázat keretében nanokontaktusok viselkedését vizsgáltuk, melyekben az áram egyetlen atomon vagy egyetlen molekulán keresztül folyik. A kutatás keretében kifejlesztettünk egy molekulák kontrollált adagolására alkalmas mérőrendszert, mely egyedi molekulák kontaktálását teszi lehetővé folyékony hélium hőmérsékleten. Szupravezető subgap módszerrel karakterizáltunk különböző anyagból készült atomi méretű kontaktusokat és elméleti csoportokkal együttműködve részt vettünk egy vezetőképesség hisztogramok szimulálására alkalmas módszer fejlesztésében, melynek megbízhatóságát a subgap módszer segítségével egyedi vezetési csatornák szintjén ellenőriztük. Kifejlesztettünk egy új statisztikai módszert, melynek segítségével atomi és molekuláris kontaktusokban kialakuló konfigurációk közötti korrelációk vizsgálhatók. Ezen módszer segítségével számos atomi és molekuláris nanovezeték viselkedését sikerült a szokásos vezetőképesség hisztogram technikánál részletesebben feltérképezni.
Results in English
Within the OTKA K76010 project nano-scale junctions were investigated, in which the current flows along single atoms or molecules. A novel measurement setup was developed which is capable of a controlled dosing of molecules to a liquid helium temperature break junction device so that single molecules can be contacted in a well controlled manner. With the help of superconducting subgap structure measurements various metal atomic sized contacts were characterized. In collaboration with theory groups a novel method was developed to simulate conductance histograms. With the help of subgap structure measurements the reliability of this method was tested on the level of individual channel transmission eigenvalues. Beside, we have introduced a novel statistical analysis method based on the two-dimensional cross-correlation histogram analysis of conductance traces. This method provides new information about the relation of different junction configurations that occur during the formation and evolution of metal and single-molecule junctions. The correlation method was successfully applied to study the behavior a several atomic and single-molecule structures beyond conductance histograms.
P. Makk, D. Tomaszewski, J. Martinek, Z. Balogh, Sz. Csonka, M. Wawrzyniak, M. Frei, L. Venkataraman, A. Halbritter: Correlation analysis of atomic and single-molecule conductance, ACS NANO (referálás alatt), 2012
