С помощью единственного протона можно сделать молекулярный переключатель
 Группа исследователей, участвовавших в разработке минимально возможного молекулярного переключателя. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Как следует из названия, молекулярные переключатели состоят из отдельных молекул. Эти устройства могут включаться и выключаться под действием внешних раздражителей, например, света или электрического тока. Они лучше всего работают, когда непосредственно связаны с металлической подложкой. Однако, из-за того, что в «переключающий элемент» часто расположен во внешней области молекулы, размещение переключателя непосредственно на металлической подложке изменяет его свойства. Таким образом, для обеспечения правильной работы «переключателя» требуется использовать слой изолирующего материала.
Однако, группа ученых из Technische Universität München (Германия), похоже, преодолела упомянутое технологическое ограничение. Ученые построили молекулярный коммутатор, используя молекулу парафина, прикрепленную к поверхности серебра. Парафин представляет собой плоскую органическую молекулу с полостью в центре, которая может включать в себя другие атомы. В случае с предложенным учеными «коммутатором» в полости заключены два атома водорода.
Описанная структура может функционировать как двухуровневый переключатель, поскольку пара водородных атомов может «переключаться» из одного состояния в другое путем приложения внешнего напряжения посредством острия сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Однако ученые обнаружили, что, если один атом водорода удалить при помощи этого острия, можно создать четырехуровневый переключатель, в котором оставшийся атом водорода может занимать четыре различных позиции в полости. Наиболее важным является тот факт, что, если внешнее напряжение опустится ниже некого известного порога, атом водорода не сможет «переключаться» между различными состояниями. Таким образом, данный коммутатор может служить инструментом для хранения информации, которую можно потом без проблем считать.
Предложенный переключатель отличается от всех предыдущих разработок тем, что элемент, осуществляющий переключение (протон), размещается не во внешней области молекулы парафина, а в ее внутренней полости. Это означает, что новый молекулярный переключатель может быть встроен в другую среду, что не повлияет на процесс переключения. Т.е. переключатель можно размещать непосредственно на металлической поверхности, а не на изолирующей прослойке, как в предыдущих исследованиях. Это значительно облегчает разработку электронных устройств на базе молекулярных компонент.
Хотя у подобных переключателей все еще остается ряд проблем, препятствующих их немедленному внедрению в коммерческое производство (в частности, все еще не преодолена проблема низких температур, необходимых для управления подобными переключателями, а также сложность в управлении подобными устройствами в атмосфере), данная работа может существенно продвинуть понимание основных процессов, происходящих в переключателях.
Подробные результаты работы приведены в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. В ближайшем будущем команда планирует работать над уменьшением размеров переключателя, что позволило бы повысить плотность размещения устройств на единице площади. Кроме того, группа рассматривает возможность создания более сложных устройств переключения (обеспечивающих возможность выбора одного состояния из более чем четырех).
Также по теме:
Источники: