Ученые создали переключатель размером с молекулу
 Трехмерная модель предложенного "переключателя", размеры которого не превышают размеры одной молекулы. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Работа молекулярного выключателя заключается в том, что он либо обеспечивает протекание электрического тока, либо, наоборот, ему препятствует. Переключение между этими двумя состояниями, очевидно, требует физических изменений внутри самой молекулы. Чтобы найти на эту роль достойных кандидатов, ученые использовали методики сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии, применяющие острие для формирования изображения поверхности.
Ранее исследователи уже работали в этом направлении, применяя для переключения между двумя логическими состояниями разрывание определенной химической связи. Однако методика оказалось не подходящей для практических применений, ведь она требовала, чтобы проходящий ток управлялся при помощи перемещения острия СТМ. Кроме того, само переключение было не очень-то надежным.
Чтобы сделать более практичное устройство, группа из лаборатории IBM Research-Zurich (Швейцария) рассеяли на тонкую пленку поваренной соли, размещенной на медном основании, отдельные атомы золота и органические молекулы, известные как PTCDA. Затем при помощи острия СТМ они перемещали отрицательно заряженный (после взаимодействия с пленкой) атом золота поближе к также отрицательно заряженной молекуле. С помощью приложения внешнего напряжения между молекулой и острием, от молекулы «отнимался» один электрон, в результате чего она временно переходила в электрически-нейтральное состояние. Этих изменений оказывалось достаточно, чтобы силы отталкивания между молекулой и атомом золота нейтрализовались, и возникала новая ковалентная связь. Таким образом, система переводится во «включенное» состояние. Новая связь значительно изменяет электронную структуру молекулы, в результате она может пропускать на много больший ток от острия.
Изменение полярности напряжения между острием СТМ и подложкой приводит к добавлению одного электрона к молекуле с последующим разрывом образовавшейся ранее ковалентной связи. Этот механизм приводит устройство в состояние «выключено». В реальном устройстве напряжение, приложенное при помощи зонда СТМ, может быть «подведено» от другой наноразмерной компоненты.
Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. Полученные данные показывают, что отношение токов через систему во включенном и выключенном состоянии – порядка 100.
Дополнительным доказательством «жизнеспособности» предложенной конструкции послужило сравнение компьютерного моделирования системы с результатами исследования при помощи атомно-силового микроскопа. Оно показало, что предложенный механизм действительно можно назвать надежным и эффективным. Интересна и сама исследовательская техника; как говорят коллеги ученых, это первый раз, когда сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы были применены вместе, чтобы улучшить пространственное разрешение.
Также по теме:
Источники: