Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7164

Molecular Break-Junctions: Interaction with Light and Conductance Switching

Jan Ulrich Würfel

Abstract
In this work, we analyzed electronic transport across metal–molecule–metal bridges using gold mechanically-controlled break-junctions. In particular, we studied the influence of illumination on these contacts as well as stochastic conductance fluctuations which can be detected on molecular junctions. When visible light is applied to tunnel junctions, i.e. bare break-junctions, the conductance increases. This can be explained by thermal expansion of the electrodes of the break-junction. Molecular contacts also exhibit an increase of the conductance where the mechanism is not yet clear. Without illumination, we measured the conductance of molecular junctions for extended periods of time, this can be performed for several days. We observed stochastic fluctuations of the conductance where one specific value of fluctuation is preferred. This preferred value is independent of the conductance value of the junction. Such fluctuations were observed on several samples comprising different molecules and might be identified with single molecules breaking and re-establishing chemical contact.

Bruchkontakte mit Molekülen: Wechselwirkung mit Licht und Leitwertsprünge

Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde elektronischer Transport über Metall-Molekül-Metall-Brücken mittels mechanisch kontrollierter Goldbruchkontakte untersucht. Insbesondere ging es dabei um die Wechselwirkung dieser Kontakte mit Licht und um stochastische Leitwertsprünge, die an molekularen Kontakten beobachtet werden können. Wurden Bruchkontakte ohne Moleküle im Tunnelregime beleuchtet, so stieg der Leitwert der Proben an, was durch thermische Expansion der Bruchelektroden erklärt werden kann. Bei molekularen Kontakten zeigt sich ebenfalls eine Stromerhöhung, deren Mechanismus aber noch unklar ist. Ohne Beleuchtung wurde außerdem der Leitwert molekularer Kontakte über lange Zeiträume, bis zu einigen Tagen, beobachtet. Es zeigte sich, dass der Leitwert fluktuiert und dass ganz bestimmte Leitwertsprungamplituden gehäuft auftreten. Die Sprungamplitude ist dabei unabhängig vom Leitwert. Solche Sprünge konnten an mehreren Proben und unter Verwendung verschiedener Moleküle beobachtet werden. Als mögliche Ursache für diese Sprünge werden Moleküle diskutiert, deren chemische Bindung zu den Elektroden reißt und neu gebildet wird.

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