Dual-gated single-molecule field-effect transistors beyond Moore’s law

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作者
Linan Meng,Na Xin,Chen Hu,Hassan Al Sabea,Miao Zhang,Hongyu Jiang,Yiru Ji,Chuancheng Jia,Zhuang Yan,Qinghua Zhang,Lin Gu,Xiaoyan He,Pramila Selvanathan,Lucie Norel,Stéphane Rigaut,Hong Guo,Sheng Meng,Xuefeng Guo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:62
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28999-x
摘要

As conventional silicon-based transistors are fast approaching the physical limit, it is essential to seek alternative candidates, which should be compatible with or even replace microelectronics in the future. Here, we report a robust solid-state single-molecule field-effect transistor architecture using graphene source/drain electrodes and a metal back-gate electrode. The transistor is constructed by a single dinuclear ruthenium-diarylethene (Ru-DAE) complex, acting as the conducting channel, connecting covalently with nanogapped graphene electrodes, providing field-effect behaviors with a maximum on/off ratio exceeding three orders of magnitude. Use of ultrathin high-k metal oxides as the dielectric layers is key in successfully achieving such a high performance. Additionally, Ru-DAE preserves its intrinsic photoisomerisation property, which enables a reversible photoswitching function. Both experimental and theoretical results demonstrate these distinct dual-gated behaviors consistently at the single-molecule level, which helps to develop the different technology for creation of practical ultraminiaturised functional electrical circuits beyond Moore's law.

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