Лев Блинов
Эта история начинается содного из многочисленных увлечений Бенджамина Франклина, выдающегосяамериканского ученого и респектабельного дипломата. Будучи в 1774 году вЕвропе, где он улаживал очередной конфликт между Англией и СевероамериканскимиШтатами, Франклин в свободное время экспериментировал с масляными пленками наповерхности воды. Ученый был изрядно удивлен, когда выяснилось, чтовсего-навсего одна ложка масла растекается по поверхности пруда площадью впол-акра (1акр≈ 4000м2). Если подсчитать толщинуобразовавшейся пленки, то окажется, что она не превышает десяти нанометров(1нм= 10–7см); иначе говоря, пленка содержит только один слоймолекул. Этот факт, однако, был осознан лишь 100 лет спустя. Некаялюбознательная англичанка по имени Агнес Поккельс в своей собственной ваннепринялась измерять поверхностное натяжение воды, загрязненной органическимипримесями, а попросту говоря, мылом. Оказалось, что сплошная мыльная пленказаметно понижает поверхностное натяжение (напомним, что оно представляет собойэнергию поверхностного слоя в расчете на единицу площади). О своих опытахПоккельс написала знаменитому английскому физику и математику лорду Релею, атот направил письмо в солидный журнал, снабдив своими комментариями. ЗатемРелей сам воспроизвел опыты Поккельс и пришел к следующему выводу:
«Наблюдаемые явлениявыходят за рамки лапласовской теории, и их объяснение требует молекулярногоподхода». Иными словами, сравнительно простых – феноменологических –соображений оказалось недостаточно, нужно было привлекать представления омолекулярном строении вещества, тогда еще далеко не очевидные и необщепринятые.
Вскоре на научной сценепоявился американский ученый и инженер Ирвинг Ленгмюр (1881...1957гг.). Вся егонаучная биография опровергает известное «определение», согласно которому «физик– это тот, кто все понимает, но ничего не знает; химик, наоборот, все знает иничего не понимает, а физикохимик и не знает и не понимает». (Видимо, этовысказывание было пущено в оборот кем-то из физикохимиков.) Ленгмюр удостоенНобелевской премии именно за свои работы по физической химии, замечательные попростоте и продуманности. Помимо ставших классическими результатов, полученныхЛенгмюром в области термоэлектронной эмиссии, вакуумной техники и абсорбции, онразработал много новых экспериментальных приемов, которые подтвердилимономолекулярную природу поверхностных пленок и даже позволили определитьориентацию молекул и удельную площадь, ими занимаемую. Более того, Ленгмюр былпервым, кто начал переносить пленки толщиной в одну молекулу – монослои – споверхности воды на твердые подложки. Впоследствии его ученица КатаринаБлоджетт разработала технику многократного переноса одного монослоя за другим,так что на твердой подложке получалась стопчатая структура-этажерка, илимультислой, называемый теперь пленкой Ленгмюра-Блоджетт. За монослоем, лежащимна поверхности воды, часто сохраняется название «ленгмюровская пленка», хотяего используют и применительно к многослойным пленкам.
Монослой на поверхности воды
Оказывается, у достаточносложных молекул имеются свои пристрастия. Например, одни органические молекулы«любят» контактировать с водой, а другие избегают такого контакта, «боятся»воды. Их и называют соответственно – гидрофильными и гидрофобными молекулами.
Существуют, однако, еще имолекулы вроде русалок – одна их часть гидрофильная, а другая гидрофобная.Молекулы-русалки должны решить для себя проблему: быть им в воде или не быть(если мы пытаемся приготовить их водный раствор). Найденное решение оказываетсяпоистине соломоновым: конечно же, они будут в воде, но только наполовину.Молекулы-русалки располагаются на поверхности воды так, что их гидрофильнаяголовка (обладающая, как правило, разделенными зарядами – электрическимдипольным моментом) опущена в воду, а гидрофобный хвост (обычно этоуглеводородная цепочка) высовывается наружу в окружающую газообразную среду(рис.1). Положение русалок несколько неудобное, зато оно удовлетворяет одному изосновных принципов физики систем из многих частиц – принципу минимума свободнойэнергии и не противоречит нашему опыту.
/>
Рис. 1. Молекуластеариновой кислоты – типичная «русалка». При образовании мономолекулярногослоя на поверхности воды гидрофильные головки молекул опущены в воду, агидрофобные хвосты торчат вертикально над водной поверхностью.
Не следует думать, чтосклонностью к расположению сразу в двух фазах (водной и неводной), такназываемой амфифильностью, обладают лишь какие-то экзотические вещества.Напротив, методами химического синтеза можно, по крайней мере в принципе,«пришить» гидрофобный хвост практически к любой органической молекуле, так чтоассортимент молекул-русалок исключительно широк, и все они могут иметь самоеразнообразное предназначение.
/>
Рис. 2. Ванна и весыЛенгмюра для измерения поверхностного давления монослоя. Под действием внешнейсилы плавучий барьер движется вправо и сжимает монослой. Давление на поплавокуравновешивается грузом.
Структуроймономолекулярной пленки на поверхности воды можно управлять с помощьюподвижного барьера, сжимающего монослой. Это делается в так называемойленгмюровской ванне, где усилие, передаваемое от барьера к монослою, измеряетсяпутем компенсации приложенной силы с помощью специально сконструированных весов(рис.2). Давайте, например, повторим такой опыт вместе с Ленгмюром, то естьбудем давить с торца на мономолекулярный слой, скажем, стеариновой кислоты призаданной температуре. Пока пленка не сплошная, барьер идет легко и площадьзанятой ею поверхности убывает быстро, а сила нарастает медленно. Этот этапсжатия пленки полностью аналогичен сжатию трехмерного газа в цилиндре споршнем. С уменьшением площади монослоя, и следовательно, «посадочной площадки»одной молекулы, все они начнут касаться друг друга и образуют плотный монослой.Теперь усилие на пленку придется заметно увеличить (рис.3), и постепенно слойпроходит через последовательность двухмерных состояний, а именно жидкую,жидкокристаллическую и твердую фазы. Для жидкой фазы характерно практическибеспорядочное расположение углеводородных хвостов молекул; вжидкокристаллической фазе эти хвосты, пока еще гибкие, начинают ориентироватьсяв среднем перпендикулярно – как говорят, вдоль нормали к пленке, а в твердойфазе хвосты становятся жесткими, и все звенья углеводородной цепи упаковываютсяв кристаллическую структуру. Монослой становится похожим на льдину толщиной водну молекулу.
/>
Рис. 3. При увеличениидавления на монослой со стороны плавучего барьера можно наблюдатьпоследовательность различных двухмерных фаз. Площадь поверхности, приходящаясяна одну молекулу (посадочная площадка), зависит от того, в какой фазе находитсямонослой.
Вместе с читателямиавтор, конечно, разделяет ощущение, что это на грани фантастики – давить сторцов на пленку толщиной порядка миллионной доли миллиметра. Ведь «льдина»неминуемо должна сломаться. Так, оказывается, и происходит при дальнейшемувеличении усилия. Коллапс пленки наступает при давлениях, скажем, 50миллиньютонов/м, что соответствует трехмерному давлению 107н/м2(10 мегапаскалей, МПа), или примерно 100 атмосфер (рис.4).
/>
Рис. 4. Посадочнаяплощадка молекул с двумя полярными головками сильно зависит от того, какуюконфигурацию приобретает молекула при изменении поверхностного давления. Нарисунке показана изотерма для пленки, состоящей из таких молекул (очень похожаяна изотерму трехмерного идеального газа, изображающую закон Клайперона –Менделеева). Область плато на изотерме соответствует такой ситуации, когда поддействием поверхностного давления молекулы изгибаются дугой, принимая формуарки. При этом их посадочная площадка уменьшается при почти неизменномдавлении. При дальнейшем повышении поверхностного давления одна из головокмолекулы отрывается от поверхности, и мы приходим к монослою с плотнойупаковкой вертикально стоящих молекул. Теперь уже, чтобы хоть немного уменьшитьпосадочную площадку молекул, требуется очень большое давление.
Итак, поведениеленгмюровского монослоя на поверхности воды имеет много общего с тем, чтопроисходит в трехмерных средах. (Поведение какой-нибудь макроскопической, тоесть содержащей много частиц физической системы, описывается так называемойфазовой диаграммой, на которой изображается последовательность всех состояний,через которые проходит такая система – в данном случае ленгмюровская пленка)Однако у пленок по сравнению, скажем, с трехмерным газом есть и своя специфика– ведь для двухмерных сред дверь в третье измерение всегда остается открытой.Например, если повышается поверхностное давление, то часть молекул можетбуквально кануть в воду. К тому же иногда изменяется и пространственная формамолекулы.
Как вытащить русалку из воды?
Допустим, что мынаучились получать на поверхности воды плотный мономолекулярный слой вещества.Попробуем теперь перенести его на твердую подложку. Вы, кажется, спросили, скакой целью? Ну хотя бы для того, чтобы перенести его в другую комнату, гдестоит самое разнообразное оборудование для проведения структурных исследований,оптических и электрических измерений. К тому же испокон веков люди хотеливытащить русалку из воды! Итак, цель ясна, но как это сделать? Есть два способапереноса монослоев на твердые подложки, причем оба они подозрительно просты,так как могут быть осуществлены буквально голыми руками.
/>
Рис. 5. Монослоиамфифильных молекул можно перенести с поверхности воды на твердую подложкуметодом Ленгмюра – Блоджетт (вверху) или методом Шеффера (внизу). Первый способсостоит в «протыкании» монослоя вертикально движущейся подложкой. Он позволяетполучать слои как X- (молекулярные хвосты направлены к подложке), так и Z-типа(обратное направление). Второй способ – это просто касание монослоягоризонтально ориентированной подложкой. Он дает монослои X-типа.
Первый способ изобретенЛенгмюром и Блоджетт. Монослой с помощью плавучего барьера превращают в жидкийкристалл – приводят в двухмерное жидкокристаллическое состояние, а затембуквально протыкают его подложкой. При этом поверхность, на которую нужноперенести пленку, ориентируют вертикально. Ориентация же молекул-русалок наподложке зависит от того, опускают ли подложку сквозь монослой в воду или,наоборот, поднимают из воды в воздух. Если подложку погружают в воду, то хвосты«русалок» оказываются направленными к подложке (Блоджетт назвала такуюконструкцию монослоем X-типа), а если вытаскивают, то, наоборот, от подложки(монослой Z-типа), рис.5а.Повторяя перенос одного монослоя за другим вразличных условиях, можно получать мультислои-этажерки трех разных типов (X, Y,Z), которые отличаются друг от друга своей симметрией. Например, в мультислояхX- и Z-типов (рис.6) отсутствует центр отражения – инверсии, и они обладаютполярной осью, направленной от подложки или к подложке, в зависимости оториентации разнесенных в пространстве положительного и отрицательногоэлектрических зарядов, то есть в зависимости от направления электрическогодипольного момента молекулы. Мультислои же Y-типа составлены из двойных слоев,или, как говорят, бислоев (кстати сказать, они построены аналогичнобиологическим мембранам), и оказываются центрально-симметричными.
/>
Рис. 6. Многослойныеструктуры X-, Z- и Y-типов отличаются ориентацией молекул относительноподложки. Структуры X- и Z-типов полярны, так как все молекулы «смотрят»согласованно в одну сторону (хвосты – к подложке или от подложки для X- иZ-типов соответственно). Y-струнтура соответствует неполярной двухслойнойупаковке, напоминающей устройство биологической мембраны.
Второй способ предложенШеффером – тоже учеником Ленгмюра. Подложка ориентируется практическигоризонтально и приводится в легкое соприкосновение с монослоем, которыйудерживается в твердой фазе (рис.5б). Монослой просто прилипает к подложке.Повтором этой операции можно получить мультислой X-типа.
Как устроены пленки?
К сожалению, оструктурной организации монослоя на поверхности жидкости мы знаем оченьнемного. В основном информацию дают оптические методы, например, рассеяние светаили зависимость его поглощения от направления – так называемая анизотропия. Спомощью таких методов можно судить о преимущественной ориентации молекул истепени их упорядоченности при выстраивании вдоль нужного направления. Однако отом, как «упакованы» молекулы в монослое, то есть о характере получающейсядвухмерной решетки, нам практически ничего не известно. Это прискорбноенезнание связано с тем, что классические методы структурного анализа, а именнодифракцию рентгеновских лучей и электронов, пока не удается применить к пленке,находящейся на поверхности воды.
А вот монослой,перенесенный на специальную твердую подложку, можно исследовать как оптическимиметодами, так и с помощью дифракции электронов. В результате таких исследованийвыяснилось, что он имеет кристаллическую структуру, однако упорядочение центровтяжести молекул обладает особенностями, характерными именно для двухмерныхсистем. В частности, в монослое отсутствует истинный дальний позиционныйпорядок, то есть по мере удаления от какой-то одной выбранной молекулыпостепенно накапливается ошибка в позиции других молекул. Чрезвычайно важнымоказалось то обстоятельство, что монослой, перенесенный на подложку, наследуеттот ориентационный порядок, который был ему навязан поверхностью воды. Всебогатство физических свойств и возможностей практического примененияленгмюровских пленок зиждется именно на этом «наследстве». К сожалению, припостроении мультислоя из монослоев такое наследство частично может бытьутрачено – довольно часто происходит перекристаллизация мультислоя в новуютрехмерную кристаллическую структуру. Можно, однако, помешать подобномупревращению, если полимеризовать каждый перенесенный монослой. Делается этотак: выбираются специальные молекулы с непрочными двойными химическими связями,которые рвутся, например, при действии ультрафиолетового света. Из разорванныхвнутримолекулярных связей формируются новые, теперь уже межмолекулярные(рис.7), и в результате возникает прочная полимерная сетка, стабилизирующаяслоевую структуру.
/>
Рис. 7. В процессеполимеризации производных диацетилена ультрафиолетовым светомвнутримолекулярные тройные связи разрываются и затем находят себе новыхпартнеров из соседней молекулы. Происходит химическая сшивка соседей, иобразуется прочная полимерная сетка.
Итак, мультислой обладаетследующими полезными качествами: молекулярная ориентация в нем строгофиксирована; имеется резко выраженная зависимость от направления – структурнаяанизотропия – вдоль и поперек плоскостей монослоев, и, наконец, самое главное,– мультислой можно собрать из монослоев различных специально подобранныхвеществ. Каждому веществу (молекуле) можно поручить выполнение какой-тофункции, и тогда мультислой будет подобен оркестру, в котором разныемолекулы-русалки исполняют свои партии.
Уникальные свойства пленок
Мультислой –принципиально новый объект современной физики, и потому любые их свойства(оптические, электрические, акустические и т.д.) совершенно необычны. Дажепростейшие структуры, составленные из одинаковых монослоев, имеют рядуникальных особенностей, не говоря уже о специально построенных молекулярныхансамблях.
Коль скоро мы уже умеемполучать монослой одинаково ориентированных молекул на твердой подложке,возникает соблазн подключить к нему источник электрического напряжения или,скажем, измерительный прибор. Тогда мы фактически подключаем эти устройстванепосредственно к концам индивидуальной молекулы. Еще совсем недавно такойэксперимент был невозможен.
/>
Рис. 8. Мономолекулярныйслой можно перенести с поверхности воды на подложку с прозрачным электродом, азатем сверху на монослой нанести еще один электрод. Тогда к монослою можноприложить электрическое поле и наблюдать за сдвигом полос оптическогопоглощения вещества или измерять туннельный ток во внешней цепи.
Подключение источниканапряжения к монослою через пару пленочных электродов приводит к двум весьмавыразительным эффектам (рис.8). Во-первых, электрическое поле изменяетположение полос поглощения света молекулой на шкале длин волн. Это классическийэффект Штарка (названный так по имени известного немецкого физика, открывшегоего в 1913 году), который, однако, в данном случае имеет интересныеособенности. Дело в том, что направление сдвига полосы поглощения зависит, какоказалось, от взаимной ориентации вектора электрического поля и собственногодипольного момента молекулы. И вот к чему это приводит: для одного и того жевещества и к тому же при одинаковом направлении поля полоса поглощениясдвигается в красную область для монослоя X-типа и в синюю – для монослояZ-типа. Таким образом, по направлению сдвига полосы можно судить об ориентациидиполей в монослое. Качественно эта физическая ситуация понятна, но, еслипопытаться интерпретировать смещения полос количественно, возникаетинтереснейший вопрос о том, как именно распределено электрическое поле вдольсложной молекулы. Теория эффекта Штарка построена в предположении о точечныхатомах и молекулах (это естественно – ведь их размеры намного меньше той длины,на которой изменяется поле), здесь же подход должен быть в корне другим, и покаеще он не разработан.
Другой эффект состоит впротекании туннельного тока через монослой (речь идет о механизмеквантовомеханического просачивания электронов сквозь потенциальный барьер). Принизких температурах туннельный ток через ленгмюровский монослой действительнонаблюдается. Количественная интерпретация этого сугубо квантового явления тожедолжна включать учет сложной конфигурации молекулы-русалки.
А что может датьподключение вольтметра к монослою? Оказывается, тогда можно следить заизменением электрических характеристик молекулы при воздействии внешнихфакторов. Например, освещение монослоя иногда сопровождается заметнымперераспределением заряда в каждой молекуле, поглотившей квант света. Этоэффект так называемого внутримолекулярного переноса заряда. Квант света как быперемещает электрон вдоль молекулы, а это наводит во внешней цепи электрическийток. Вольтметр, таким образом, регистрирует внутримолекулярный электронныйфотопроцесс. Внутримолекулярное перемещение зарядов можно вызвать и путемизменения температуры. При этом изменяется суммарный электрический дипольныймомент монослоя, и во внешней цепи регистрируется так называемыйпироэлектрический ток. Подчеркнем, что ни одно из описанных явлений ненаблюдается в пленках с хаотическим распределением молекул по ориентациям.
Ленгмюровские пленкиможно применить для моделирования эффекта концентрации световой энергии накакой-то избранной молекуле. Например, на начальной стадии фотосинтеза взеленых растениях свет поглощается молекулами хлорофилла определенного типа.Возбужденные молекулы живут достаточно долго, и само возбуждение можетперемещаться по однотипным плотно расположенным молекулам. Такое возбуждениеназывается экситоном. «Прогулка» экситона заканчивается в момент попадания егов «волчью яму», роль которой играет молекула хлорофилла другого типа снесколько меньшей энергией возбуждения. Именно этой избранной молекуле ипередается энергия от многих экситонов, возбужденных светом. Энергия света,собираемая с большой площади, концентрируется на микроскопическом участке –получается «воронка для фотонов». Эту воронку удается смоделировать с помощьюмонослоя поглощающих свет молекул, в который вкраплено небольшое число молекул– перехватчиков экситонов. После захвата экситона молекула-перехватчик излучаетсвет с характерным для нее спектром. Такой монослой показан на рис.9а.При егоосвещении можно наблюдать люминесценцию как молекул – поглотителей света, так имолекул – перехватчиков экситонов. Интенсивность полос люминесценции молекулобоих типов примерно одинакова (рис.9б), хотя их численности отличаются на2...3 порядка. Это и доказывает, что существует механизм концентрации энергии,то есть эффект фотонной воронки.
/>
Рис. 9. В смешанноммонослое имеются молекулы, поглощающие свет (хвостатые прямоугольники), имолекулы-перехватчики (хвостатые кружки), отнимающие энергию от поглотителей.Интенсивность люминесценции монослоя при его освещении примерно одинакова дляпоглотителей и перехватчиков, хотя перехватчиков гораздо меньше и сами онипочти не поглощают свет.
Сегодня в научнойлитературе активно дискутируется вопрос: можно ли сделать двухмерные магниты? Ана физическом языке речь идет о том, имеется ли принципиальная возможностьтого, что при взаимодействии молекулярных магнитных моментов, расположенных водной плоскости, возникнет спонтанная намагниченность. Чтобы решить этупроблему, в амфифильные молекулы-русалки вводят атомы переходных металлов(например, марганца), а затем получают монослои методом Блоджетт и изучают ихмагнитные свойства при низких температурах. Первые результаты говорят овозможности ферромагнитного упорядочения в двухмерных системах.
И еще один пример,демонстрирующий необычные физические свойства ленгмюровских пленок.Оказывается, на молекулярном уровне можно осуществить перенос информации отодного монослоя к другому, соседнему. После этого соседний монослой можноотделить и, таким образом, получить копию того, что было «записано» в первоммонослое. Делается это следующим образом. Пусть, например, мы получили методомБлоджетт монослой из таких молекул, которые способны спариваться –димеризоваться – под действием внешних факторов, например, электронного луча(рис.10). Неспаренные молекулы будем считать нулями, а спаренные – единицамидвоичного информационного кода. С помощью этих нулей и единиц можно, например,записать текст, считываемый оптически, поскольку неспаренные и спаренныемолекулы имеют разные полосы поглощения. Теперь на этот монослой методомБлоджетт будем наносить второй монослой. Тогда в силу особенностеймежмолекулярного взаимодействия молекулярные пары притягивают к себе точнотакие же пары, а молекулы-одиночки предпочитают одиночек. В результате работыэтого «клуба по интересам» информационная картина повторится на второммонослое. Отделив верхний монослой от нижнего, можно получить копию. Такойкопировальный процесс вполне аналогичен процессу репликации информации смолекул ДНК – хранителей генетического кода – на молекулы РНК, переносящиеинформацию к месту синтеза белков в клетках живых организмов.
/>
Рис. 10. Монослойамфифильного красителя при облучении электронами меняет свои оптическиесвойства за счет образования молекулярных пар – димеров. При переносе второгомонослоя по методу Ленгмюра – Блоджетт новый слой формируется так, что напротивмолекул-одиночек оказываются одиночки, а напротив пар – тоже пары. Отделиввторой монослой от первого с помощью приложенной сверху полимерной пленки,получают точную копию информации, записанной электронным лучом.
Через молекулярное зодчество кмолекулярной электронике
Теперь настала поранемного пофантазировать. Если вы воздвигаете сооружение из камня или дерева, топроцесс этот называется каменным или соответственно деревянным зодчеством.Расширив этот образ, можно назвать молекулярным зодчеством конструированиекрасивых архитектурных ансамблей из органических молекул различногофункционального назначения. Возникает вопрос, как это сделать и зачем. Навопрос «как?» мы уже ответили: конечно же, с помощью техники полученияленгмюровских пленок. Варьируя вид и ориентацию молекул в монослое и чередуямонослои разного типа (рис.11), можно получить мультислой, выполняющий ту илииную функцию. Ответ на вопрос, зачем это нужно, подсказывает рис.12, на которомпродемонстрирована тенденция к микроминиатюризации электронных устройств.Сегодня полупроводниковая электроника вышла на такие линейные размеры приборов(меньше микрометра), когда уже начинают сказываться принципиальные ограничения,диктуемые физикой полупроводниковых кристаллов (скажем, длиной диффузиинеравновесных носителей заряда, размерами дефектов и т.д.). Поэтому ученыесейчас все чаще стали обращать внимание на молекулярные системы, характерныеразмеры которых лежат в диапазоне нанометров. У молекулярных систем имеется ещеодна важная особенность – они в принципе способны подражать работефункциональных биологических устройств, так как структурно очень похожи на этиустройства. Достаточно сравнить, например, двойные ленгмюровские слои (биослои)Y-типа с биологическими мембранами. Благодаря этим обстоятельствам сегодня мыуже говорим о перспективах развития новой науки – молекулярной электроники.
/>
Рис. 11. Иллюстрацияпроцесса молекулярного зодчества. Монослои из разных амфифильных молекулпоследовательно переносятся на одну и ту же подложку и образуют молекулярныйархитектурный ансамбль, свойства которого определяются функциональнымивозможностями составляющих его «модулей».
/>
Рис. 12. Размеры вновьсоздаваемых электронных приборов со временем становятся все меньше и меньше ивскоре должны достичь масштабов, характерных для отдельных молекул.
Эта наука своими первымиуспехами обязана ленгмюровским пленкам, и прежде всего в том, что касаетсяновых материалов. Уже созданы первые образцы высокопроводящих сверхтонких(толщиной в доли нанометра!) пленок на основе органических амфифильных молекул.Такие молекулы, как выяснилось, обладают донорными и акцепторными свойствами, тоесть ведут себя фактически как крошечные полупроводники. Далее, полимеризацияпленок Ленгмюра – Блоджетт, имеющих исключительно малую и к тому жекалиброванную толщину (несколько монослоев), дает возможность вести филигранныйлитографический процесс с помощью электронного луча. Пространственноеразрешение, которое ограничивает в электронной технологии минимальную толщинулиний схемы, достигает в этом случае нескольких нанометров. Кроме того,ленгмюровские пленки предлагается использовать в качестве оптических волноводовсо специально заданным по толщине профилем показателя преломления.
Широкое развитие получаютсейчас гибридные системы, где ленгмюровские пленки скомбинированы страдиционными транзисторными элементами. Высокая диэлектрическая прочностьпозволяет использовать такие пленки в качестве одного из элементов – такназываемого подзатворного диэлектрика в полевых транзисторах. Все это расширяетдиапазон используемых полупроводниковых кристаллов. Диэлектрические монослоиулучшают характеристики солнечных батарей и светоизлучающих (люминесцентных)диодов, «очувствляют» поверхность фотоматериалов и т.д. Примером гибриднойструктуры может служить «искусственный нос» (рис.13), где ленгмюровская пленкаиграет роль избирательного фильтра, пропуская к поверхности транзистора толькомолекулы, скажем, водорода или азота и ничего больше. Для другого газа нужно,разумеется, брать пленку из другого материала, и таким образом можно создатьнабор химических сенсоров – чувствительных датчиков.
/>
Рис. 13. «Искусственныйнос» позволяет детектировать только те газы, молекулы которых избирательнопропускаются ленгмюровской пленкой к чувствительной поверхностиполупроводникового транзистора. Изменяя структуру пленки, можно детектироватьразные химические вещества.
Ну и, наконец,использование ориентированных молекулярных ансамблей позволяет на совершенноновой основе поставить вопрос о направленных электро- и фотохимическихреакциях, таких, как фотосинтез, преобразование солнечной энергии или, скажем,фоторазложение воды. Одним словом, похоже на то, что технология ленгмюровскихпленок вскоре окажется замечательной основой для самой передовой области –молекулярной электроники.
Список литературы
Блинов Л.М. «Физическиесвойства и применение ленгмюровских моно- и мульти-молекулярных структур».Успехи химии. т. 52, №8, с. 1263...1300, 1983.
Блинов Л.М.«Ленгмюровские пленки» Успехи физических наук. т. 155, №3 с. 443...480, 1988.