الکترونیک مولکولی یک رویکرد جدید است که به مواد اولیه و اصول عملکرد جدید نیاز دارد و می‌توان گفت انگیزه‌ای برای شناخت و استفاده از آنچه در مولکول‌های مواد اتفاق می‌افتد است. در مقیاس‌های کوچک تر از نانو، ایده استفاده از یک یا چند مولکول به‌عنوان یک سوئیچ به‌نظر بسیار جالب‌تر از بررسی بن‌بست‌های ماسفتی می‌باشد. این کار علاوه بر کوچک شدن ابعاد سرعت را بسیار زیاد کرده است همچنین ارزان‌تر است و بالطبع آن روش‌ها و پیچیدگی‌ها بسیار دشوار می‌شود. (الکترونیک مولکولی هنوز در حال تحقیق در مورد روش‌های ساخت می‌باشد. که به‌نظر می‌رسد به زودی بر آن غلبه و به سمت ساخت مدار مجتمع با این تکنولوژی برود)

همان طور که می‌دانیم روش لیتوگرافی نوری برای ساخت مدارات الکترونیکی مجتمع با چالش‌های اساسی و جدی روبرو شده است. محدودیت‌های فناوری از یک سو و چالش‌های کوانتومی از سوی دیگر توسعه‌ی نانوالکترونیک را با دشواری روبرو کرده است . در این میان دانشمندان به ایده‌ها و روش‌های جایگزین و جدیدی می‌اندیشند که محدودیت‌های روش لیتوگرافی نوری را ندارد. یکی از این روش‌ها، ساخت و استفاده از مولکول‌هایی است که رفتاری مشابه رفتار کلید زدن ترانزیستورها داشته باشند. در واقع دانشمندان قصد دارند با طراحی، ساخت و استفاده از این مولکلول‌ها، آن‌ها را جایگزین ترانزیستورهای سیلیکونی کنند. این ایده را الکترونیک مولکولی می‌گوییم. این رفتار می‌تواند مبنایی برای پردازش اطلاعات در رایانه‌ها و ذخیره‌ی اطلاعات در حافظه‌ها قرار گیرد .

مولکول‌هایی که در الکترونیک مولکولی مورد استفاده قرار می‌گیرند بایستی شرایطی داشته باشند. این مولکول‌ها باید دارای دو شکل متفاوت باشند که توسط یک محرک خارجی نظیر نور یا ولتاژ تغییر شکل دهد. این تغییر شکل باید برگشت‌پذیر هم باشد. در واقع مولکول در یک حالت به عنوان صفر (zero) و در یک حالت به عنوان یک (one) رفتار می‌کند. رفتار برگشت‌پذیری مولکول هم باید بسیار سریع باشد به گونه‌ای که بتواند در مدارات الکترونیکی مجتمع، مفید واقع شود. همچنین پایداری و مخصوصا پایداریِ گرمایی نیز عامل مهمی است. یعنی این مولکول‌ها در برابر تغییرات دمایی نباید از شکلی به شکل دیگر تغییر شکل دهند. چرا که در مدارات مجتمع محدوده‌ی تغییرات دمایی بسیار زیاد است و در صورت تغییر شکل مولکول‌ها، اطلاعات آن‌ها از دست می‌رود.

مثلا مولکول آزوبنزن ، در ابتدا نمونه‌ای مناسب به نظر می‌رسد. مولکول آزوبنزن دارای دو ایزومر سیس و ترانس است که هر کدام دارای دو طول متفاوت است. با تابیدن نور فرابنفش با طول موج ۳۱۳ نانومتر، ایزومر ترانس به ایزومر سیس تغییر شکل می‌دهد و با تابیدن نور فرابنفش با طول موج بیش‌تر از ۳۸۰ نانومتر، ایزومر سیس به ایزومر ترانس تغییر شکل می‌دهد. بنابراین در مدار الکتریکی یکی از ایزومرها می‌تواند به عنوان صفر و دیگری به عنوان یک رفتار کند. لیکن مشکل آزوبنزن عدم پایداری گرمایی آن است. در واقع ایزومر سیس آزوبنزن از نظر گرمایی پایدار نیست و اندک گرمایشی موجب تغییر شکل آن به ایزومر ترانس می‌شود.

البته این رفتار در مولکول مذکور در دمای ۶۰ کلوین مشاهده می‌شود، یعنی تقریبا ۲۱۳- درجه‌ی سلسیوس و در دمای اتاق ظاهر نمی‌شود. همان طور که مشاهده می‌کنید این دما بسیار پایین و دسترسی به آن دشوار است. لذا استفاده از آن در شرایط دمای معمولی مستلزم توسعه‌ی بیش‌تر این دانش است. همچنین لازم به یادآوری است که نشان دادن این که یک مولکول می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند و رسانایی و عدم رسانایی آن قابل کنترل است، برای توسعه‌ی دانش الکترونیک کفایت نمی‌کند. آن چه اکنون در اختیار داریم یک کلید مولکولی بسیار کوچک و در ابعاد چند نانومتر است که جریان الکتریکی عبوری از آن با استفاده از یک ولتاژ قابل کنترل است. مزیت اصلی آن نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی ابعاد کوچک‌ترِ آن است. لیکن توسعه‌ی رایانه‌ها و استفاده از الکترونیک مولکولی در صنایع الکترونیک و رایانه مستلزم اتصال این مولکول‌ها به یکدیگر و ساخت گِیت‌های منطقی است همچنین روش‌های ساخت و تولید آن در مقیاس انبوه نیز چالشی است که باید قبل از توسعه‌ی الکترونیک مولکولی حل شود

فهرست :

تعریف کلی از الکترونیک تک مولکولی

مزایا و معایب نسبت به دیگر فناوری ها

برنامه های کاربردی الکترونیک تک مولکولی

بررسی و مقایسه اندازه تراشه ها

هدایت یک اتصال مولکولی

ابزارهای کاربردی برای بررسی پارامترها و ساختارالکتریکی

انتقال الکترون از طریق تک مولکول (رسانایی)

ترازهای فرمی از الکترودها و مرز اوربیتال مولکولی

نحوه ی برقراری اتصالات در الکترونیک مولکولی

سیم های مولکولی

دیود های مولکولی

ریکتیفایر مولکولی

ترانزیستور مولکولی

سوئیچ مولکولی

گیت های منطقی مولکولی