The genesis of molecular electronics

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 41, Issue 23, 2002, Pages 4378-4400

  Carroll, R Lloyd ^a   Gorman, Christopher B ^a  

^a NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Molecular electronics; Molecular switches; Monolayers; Scanning probe techniques

Indexed keywords

ELECTRONIC EQUIPMENT;

MOLECULAR ELECTRONICS;

MOLECULAR PHYSICS;

GERMANIUM; SILICON;

ELECTROCHEMISTRY; ELECTRON TRANSPORT; ELECTRONICS; FILM; INTEGRATED CIRCUIT; REVIEW; SEMICONDUCTOR; SURFACE PROPERTY;

EID: 0037011210     PISSN: 14337851     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/1521-3773(20021202)41:23<4378::AID-ANIE4378>3.0.CO;2-A     Document Type: Review

References (118)

1. J. S. C. Kilby. ChemPhysChem 2001, 2, 482.
2. G. E. Moore, Electronics 1965, 38, 114.
3. G. E. Moore in Digest of the 1975 International Electron Devices Meeting. IEEE, New York, 1975, p. 1113.
4. The International Technology Roadmap for Semiconductors - 2000 Update (http://public.itrs.net/).
5. K. Deguchi, T. Haga, C. R. Acad. Sci. Ser. IV:Phys. Astrophys. 2000, 1, 829.
6. G. F. Cardinale, C. C. Henderson, J. E. M. Goldsmith, P. J. S. Mangat, J. Cobb, S. D. Hector, J. Vac. Sci. Technol. B 1999, 17, 2970.
7. D. A. Muller, T. Sorsch, S. Moccio, F. H. Baumann, K. Evans-Lutterodt, G. Timp, Nature 1999, 399, 758.
8. G. Ghibaudo, R. Clerc, E. Vincent, S. Bruyere, J. L. Autran, C. R. Acad. Sci. Ser. IV: Phys. Astrophys. 2000, 1, 911.
9. S. Chiras, D. R. Clarke, J. Appl. Phys. 2000, 88, 6302.
10. D. Edelstein, J. Heidenreich, R. Goldblatt, W. Cote, C. Uzoh, N. Lustig, P. Roper, T. McDevitt, W. Motsiff, A. Simon, J. Dukovic, R. Wachnik, H. Rathore, R. Schulz, L. Su, S. Luce, J. Slattery, Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet. 1997, 773.
11. D. J. Kim, Y. B. Jung, M. B. Lee, Y. H. Lee, J. H. Lee, Thin Solid Films 2000, 372, 276.
12. S. J. Martin, J. P. Godschalx, M. E. Mills, E. O. Shaffer, P. H. Townsend, Adv. Mater. 2000, 12, 1769.
13. Review: D. GoldhaberGordon, M. S. Montemerlo, J. C. Love, G. J. Opiteck, Proc. IEEE 1997, 85, 521.
14. Review: C. Joachim, J. K. Gimzewski, A. Aviram, Nature 2000, 408, 541.
15. Richard Feynman gave this talk entitled "There's plenty of room at the bottom" on December 29th, 1959, at the annual meeting of the American Physical Society at the California Institute of Technology.
16. A similar definition was used recently, see: http://www.darpa.mil/DSO/solicitations/00/Baa00-39/cbd.htm and http://www.darpa.mil/MTO/mole/.
17. T. A. Jung, R. R. Schlittler, J. K. Gimzewski, H. Tang, C. Joachim, Science 1996, 271, 181.
18. A. Aviram, M. A. Ratner, Chem. Phys. Lett. 1974, 29, 277.
19. A. Aviram, C. Joachim, M. Pomerantz, Chem. Phys. Lett. 1988, 146, 490.
20. A. Aviram, Chem. Phys. Lett. 1989, 162, 416.
21. M. Pomerantz, A. Aviram, R. A. McCorkle, L. Li, A. G. Schrott, Science 1992, 255, 1115.
22. A. S. Martin, J. R. Sambles, G. J. Ashwell, Phys. Rev. Lett. 1993, 70, 218.
23. R. M. Metzger, B. Chen, U. Höpfner, M. V. Lakshmikantham, D. Vuillaume, T. Kawai, X. L. Wu, H. Tachibana, T. V. Hughes, H. Sakurai, J. W. Baldwin, C. Hosch, M. P. Cava, L. Brehmer, G. J. Ashwell, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 10455.
24. A. Broo, M. C. Zerner, Chem. Phys. 1995, 196, 423.
25. A. Aviram, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 5687.
26. K. Müllen, G. Wegner, Electronic Materials: The Oligomer Approach, Wiley-VCH, Weinheim, 1998.
27. R. Dembinski, T. Bartik, B. Bartik, M. Jaeger, J. A. Gladysz, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 810.
28. M. J. Crossley, P. L. Burn, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1991, 1569.
29. M. J. Crossley, P. L. Burn, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1987, 39.
30. J. R. Reimers, L. E. Hall, M. J. Crossley, N. S. Hush, J. Phys. Chem. A 1999, 103, 4385.
31. D. L. Pearson, J. M. Tour, J. Org. Chem. 1997, 62, 1376.
32. L. Jones, J. S. Schumm, J. M. Tour, J. Org. Chem. 1997, 62, 1388.
33. M. T. Cygan, T. D. Dunbar, J. J. Arnold, L. A. Bumm, N. F. Shedlock, T. P. Burgin, L. Jones II, D. L. Allara, J. M. Tour. P. S. Weiss, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2721.
34. L. A. Bumm, J. J. Arnold, M. T. Cygan, T. D. Dunbar, T. P. Burgin, L. Jones, D. L. Allara, J. M. Tour, P. S. Weiss, Science 1996, 271, 1705.
35. M. S. Doescher, J. M. Tour, A. M. Rawlett, M. L. Myrick, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 105.
36. A. Ulman, An Introduction to Ultrathin Organic Films from Langmuir-Blodgett to Self-Assembly, Academic Press, New York, 1991, p. 278.
37. V. Balzani, Electron Transfer in Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. 2001.
38. K. Slowinski, H. K. Y. Fong, M. Majda, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7257.
39. K. Slowinski, R. V. Chamberlain, C. J. Miller, M. Majda, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11910.
40. R. E. Holmlin, R. Haag, M. L. Chabinyc, R. F. Ismagilov, A. E. Cohen, A. Terfort, M. A. Rampi, G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5075.
41. M. A. Rampi, O. J. A. Schueller, G. M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 1781.
42. R. E. Holmlin, R. F. Ismagilov, R. Haag, V. Mujica, M. A. Ratner, M. A. Rampi, G. M. Whitesides, Angew. Chem. 2001, 113, 2378; Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2316.
43. R. E. Holmlin, R. F. Ismagilov, R. Haag, V. Mujica, M. A. Ratner, M. A. Rampi, G. M. Whitesides, Angew. Chem. 2001, 113, 2378; Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2316.
44. D. J. Wold, C. D. Frisbie, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2970.
45. W. B. Davis, W. A. Svec, M. A. Ratner, M. R. Wasielewski, Nature 1998, 396, 60.
46. S. N. Yaliraki, M. Kemp, M. A. Ratner, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3428.
47. H. D. Sikes, J. F. Smalley, S. P. Dudek, A. R. Cook, M. D. Newton, C. E. D. Chidsey, S. W. Feldberg, Science 2001, 291, 1519.
48. D. E. Khoshtariya, T. D. Dolidze, L. D. Zusman, D. H. Waldeck, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1818.
49. W. B. Davis, M. A. Ratner, M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7877.
50. D. Segal, A. Nitzan, W. B. Davis, M. R. Wasielewski, M. A. Ratner, J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3817.
51. B. Giese, Acc. Chem. Res. 2000, 33, 631.
52. M. W. Grinstaff, Angew. Chem. 1999, 111, 3845; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 3629.
53. M. W. Grinstaff, Angew. Chem. 1999, 111, 3845; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 3629.
54. Y. A. Berlin, A. L. Burin, M. A. Ratner, J. Am. Chem. Soc. 2001,123, 260.
55. Y. A. Berlin, A. L. Burin, M. A. Ratner, J. Phys. Chem. A 2000, 104, 443.
56. F. D. Lewis, X. Y. Liu, J. Q. Liu, S. E. Miller, R. T. Hayes, M. R. Wasielewski, Nature 2000, 406, 51.
57. A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. J. Dai, P. Petit, J. Robert, C. H. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tomanek, J. E. Fischer, R. E. Smalley, Science 1996, 273, 483.
58. C. Journet, W. K. Maser, P. Bernier, A. Loiseau, M. L. de la Chapelle, S. Lefrant, P. Deniard, R. Lee, J. E. Fischer, Nature 1997, 388, 756.
59. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. C. Eklund, Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes, Academic Press, San Diego, 1996.
60. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. Avouris, Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications, Springer, Berlin, 2001.
61. J. W. G. Wildoer, L. C. Venema, A. G. Rinzler, R. E. Smalley, C. Dekker, Nature 1998, 391, 59.
62. T. W. Odom, J. L. Huang, P. Kim, C. M. Lieber, Nature 1998, 391, 62.
63. A. Bachtold, M. Henny, C. Tarrier, C. Strunk, C. Schonenberger, J. P. Salvetat, J. M. Bonard, L. Forro, Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 274.
64. P. J. de Pablo, C. Gómez-Navarro, A. Gil, J. Colchero, M. T. Martinez, A. M. Benito, W. K. Maser, J. Gómez-Herrero, A. M. Baró Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 2979.
65. P. J. de Pablo, M. T. Martinez, J. Colchero, J. Gómez-Herrero, W. K. Maser, A. M. de Benito, E. Munoz, A. M. Baró, Mater. Sci. Eng. C 2001, 15, 149.
66. T. Hanrath, B. A. Korgel, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1424.
67. Y. Y. Wu, R. Fan, P. D. Yang, Nano Lett. 2002, 2, 83.
68. Z. W Pan. Z. R. Dai, C. Ma, Z. L. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2002. 124, 1817.
69. J. C. Johnson, H. Q. Yan, R. D. Schaller, L. H. Haber, R. J. Saykally, P. D. Yang, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11387.
70. H. Kind, H. Q. Yan, B. Messer, M. Law, P. D. Yang, Adv. Mater. 2002. 14, 158.
71. J. F. Wang, M. S. Gudiksen, X. F. Duan, Y. Cui, C. M. Lieber. Science 2001, 293, 1455.
72. M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, P. D. Yang. Science 2001, 292, 1897.
73. F. Favier, E. C. Walter, M. P. Zach, T. Benter, R. M. Penner, Science 2001, 293, 2227.
74. Y. Cui, Q. Q. Wei, H. K. Park, C. M. Lieber, Science 2001, 293, 1289.
75. Y. Cui. C. M. Lieber, Science 2001, 291, 851.
76. X. F. Duan, Y. Huang, Y. Cui, J. F. Wang, C. M. Lieber, Nature 2001, 409, 66.
77. Y. Huang, X. F. Duan, Y. Cui, L. J. Lauhon, K. H. Kim, C. M. Lieber, Science 2001, 294, 1313.
78. B. Messer, J. H. Song, P. D. Yang, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10232.
79. C. M. Lieber, Nano Lett. 2002, 2, 81.
80. M. S. Gudiksen, L. J. Lauhon, J. Wang, D. C. Smith, C. M. Lieber, Nature 2002, 415, 617.
81. T. Rueckes, K. Kim, E. Joselevich, G. Y. Tseng, C. L. Cheung, C. M. Lieber, Science 2000, 289, 94.
82. Y. K. Kwon, D. Tomanek, S. Iijima, Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1470.
83. G. Binnig, M. Despont, U. Drechsler, W. Häberle, M. Lutwyche, P. Vettiger, H. J. Mamin, B. W. Chui, T. W. Kenny, Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 1329.
84. M. I. Lutwyche, M. Despont, U. Drechsler, U. Dürig, W. Häberle, H. Rothuizen, R. Stutz, R. Widmer, G. K. Binnig, P. Vettiger, Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 3299.
85. P. Vettiger, M. Despont, U. Drechsler, U. Dürig, W. Häberle, M. I. Lutwyche, H. E. Rothuizen, R. Stutz, R. Widmer, G. K. Binnig, 1BM J. Res. Dev. 2000, 44, 323.
86. K. M. Roth, N. Dontha, R. B. Dabke, D. T. Gryko, C. Clausen, J. S. Lindsey, D. F. Bocian, W. G. Kuhr. J. Vac. Sci. Technol. B 2000, 18, 2359.
87. B. L. Feringa, Molecular Switches, Wiley-VCH, Weinheim, 2001.
88. S. J. Tans, A. R. M. Verschueren, C. Dekker, Nature 1998, 393, 49.
89. T. Sato, H. Ahmed, D. Brown, B. F. G. Johnson, J. Appl. Phys. 1997, 82, 696.
90. R. P. Andres, T. Bein, M. Dorogi, S. Feng, J. I. Henderson, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. G. Osifchin, R. Reifenberger, Science 1996, 272, 1323.
91. R. P. Andres, S. Datta, M. Dorogi, J. Gomez, J. I. Henderson, D. B. Janes, V. R. Kolagunta, C. P. Kubiak, W. Mahoney, R. F. Osifchin, R. Reifenberger, M. P. Samanta, W. Tian, J. Vac. Sci. Technol. A 1996, 14, 1178.
92. Y. Wada, Pure Appl. Chem. 1999, 71, 2055.
93. Y. Wada, J. Vac. Sci. Technol. A 1999, 17, 1399.
94. C. Joachim, J. K. Gimzewski, Chem. Phys. Lett. 1997, 265, 353.
95. C. Joachim. J. K. Gimzewski, R. R. Schlittler, C. Chavy, Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 2102.
96. F. Moresco, G. Meyer, K. H. Rieder, H. Tang, A. Gourdon, C. Joachim, Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 672.
97. Y. Wada, T. Uda, M. Lutwyche, S. Kondo, S. Heike, J. Appl. Phys. 1993, 74, 7321.
98. D. M. Eigler, C. P. Lutz, W. E. Rudge, Nature 1991, 352, 600.
99. R. A. Bissell. E. Cordova. A. E. Kaifer, J. F. Stoddart, Nature 1994, 369, 133.
100. A. Credi, V. Balzani, S. J. Langford, J. F. Stoddart, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2679.
101. C. P. Collier, G. Mattersteig, E. W. Wong, Y. Luo, K. Beverly, J. Sampaio, F. M. Raymo, J. F. Stoddart, J. R. Heath, Science 2000, 289, 1172.
102. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Ed., Wiley, New York, 1981.
103. R. H. Mathews, J. P. Sage, T. C. L. G. Sollner, S. D. Calawa, C.-L. Chen, L. J. Mahoney, P. A. Maki, K. M. Molvar, Proc. IEEE 1999, 87, 596.
104. J. Chen, M. A. Reed, A. M. Rawlett, J. M. Tour, Science 1999, 286, 1550.
105. J. Chen, W. Wang, M. A. Reed, A. M. Rawlett, D. W. Price, J. M. Tour, Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 1224.
106. J. M. Seminario, A. G. Zacarias, J. M. Tour, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3015.
107. A. W. Ghosh, F. Zahid, S. Datta, R. R. Birge, Chem. Phys. 2002, 281, 225.
108. Y. Q. Xue, S. Datta, S. Hong, R. Reifenberger, J. I. Henderson, C. P. Kubiak, Phys. Rev. B 1999, 59, R7852.
109. Y. Karzazi, J. Cornil, J. L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10076.
110. C. B. Gorman, R. L. Carroll, R. R. Fuierer, Langmuir 2001, 17, 6923.
111. J. Berg, S. Bengtsson, P. Lundgren, Solid-State Electron. 2000, 44, 2247.
112. S. Creager, C. J. Yu, C. Bamdad, S. O'Connor, T. MacLean, E. Lam, Y. Chong, G. T. Olsen, J. Y. Luo, M. Gozin, J. F. Kayyem, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1059.
113. J. R. Reimers, T. X. Lu, M. J. Crossley, N. S. Hush, Nanotechnology 1996, 7, 424.
114. C. Joachim, J. P. Launay, S. Woitellier, Chem. Phys. 1990, 147, 131.
115. K. Weber, L. Hockett, S. Creager, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8286.
116. P. G. Collins, M. S. Arnold, P. Avouris, Science 2001, 292, 706.
117. Since the submission of this review, two significant papers that address this issue have appeared, a) J. Park, A. N. Pasupathy, J. I. Goldsmith, C. Chang, Y. Aish, J. R. Petta, M. Rinkoski, J. P. Sethna, H. D. Abruña, P. L. McEuen. D. C. Ralph, Nature 2002. 417, 722; b) W. Liang, M. P. Shores, M. Bockrath, J. R. Long, H. Park, Nature 2002, 417, 725.
118. Since the submission of this review, two significant papers that address this issue have appeared, a) J. Park, A. N. Pasupathy, J. I. Goldsmith, C. Chang, Y. Aish, J. R. Petta, M. Rinkoski, J. P. Sethna, H. D. Abruña, P. L. McEuen. D. C. Ralph, Nature 2002. 417, 722; b) W. Liang, M. P. Shores, M. Bockrath, J. R. Long, H. Park, Nature 2002, 417, 725.