Silicon Taiga: Электронный логический элемент, состоящий из единственной молекулы

Исследователи из Питтсбургского университета разработали новый тип электронного логического элемента, который способен выполнять простейшие логические функции в пределах одной единственной молекулы. Согласно информации, опубликованной в журнале Nano Letters, объединение таких элементов-молекул в одну электронную схему позволит создать более малые, более быстрые и более энергосберегающие электронные устройства нового поколения.

Согласно Хрвое Петеку (Hrvoje Petek), научному руководителю данного проекта, который выполнялся в рамках гранта, размером 1 миллион долларов, предоставленным фондом WM Keck Foundation, новый логический элемент-молекула значительно превосходит по всем параметрам все существующие на сегодняшний день подобные разработки.

Во время своих исследований ученые экспериментировали с сложными молекулами. Молекула-элемент состоит из двух частей, одной частью является вращающаяся структура, состоящая из трех атомов металла, скрепленных одним атомом азота. Эта структура заключена внутри шарообразной "клетки", состоящей из атомов углерода, так называемого фуллерена.

Вращающаяся четырехатомная структура под воздействием внешнего электрического поля может занимать одно из нескольких фиксированных положений. Ее положение влияет на электропроводность внешней оболочки. Таким образом, управляя положение вращающейся части молекулы можно управлять ее логическим состоянием не изменяя формы внешней углеродной оболочки. Внешняя оболочка так же предохраняет внутреннюю часть сложной молекулы от влияния химических веществ из внешней среды.

Молекулярный логический элемент

Благодаря тому, что внешняя форма сложной молекулы всегда постоянна, такие "молекулярные переключатели" без труда могут быть объединены в более сложные схемы логических элементов, реализующие набор базовых логических функций. Размеры одного такого элемента не будут превышать одного нанометра, а объединять такие структуры можно на единой подложке, на которой впоследствии можно будет создать и традиционные электронные элементы, выполняющие функции согласования молекулярной электроники с обычными электронными компонентами.

Ученые продемонстрировали прототип молекулярного логического ключа, используя молекулу Sc3N@C80, заключенную между двумя электродами. Роль одного электрода выполнял одноатомный слой оксида меди, а роль второго - вольфрамовое острие, имеющее атомную остроту. Применяя различные импульсы напряжения, ученые добились того, что вращающаяся молекула Sc3N занимала одно из шести фиксированных положений - логических состояний этого элемента.