Самый маленький переключатель в мире

Исследователи из Германии заявляют, что получили самый маленький молекулярный переключатель в мире, работа которого основана на перемещении всего лишь одного протона. Новый переключатель может оказаться полезным для создания ультрамалых компьютерных систем.

Молекулы уже давно рассматривают в качестве альтернативных компонентов для создания электронных схем. Еще в 1974 исследователи из IBM впервые описали молекулярный диод – явление односторонней проводимости тока через одну молекулу, к настоящему времени уже получены молекулярные транзисторы, молекулярные провода и молекулярные переключатели. Теоретически молекулярная электроника должна быть гораздо меньшей по размеру, чем кремниевая, а также должна отличаться меньшим потреблением энергии.

Протон может переключаться между конфигурациями «север-юг» и «восток-запад».

Новая работа исследователей демонстрирует крайние пределы молекулярной электроники. Вильгельм Аувертер (Wilhelm Auwärter) из Технического Университета Мюнхена утверждает, что исследователи из его группы создали минимальный по размеру на настоящее время молекулярный переключатель. Переключатель представляет собой тетрафенилпорфирин, два из четырех атомов азота внутреннего цикла которого могут быть связаны с парой протонов; протонирующиеся атомы азота получили условное обозначение «конфигурация север-юг» и «конфигурация восток-запад».

При комнатной температуре перемещение протоны между атомами азота протекает самопроизвольно и бессистемно, однако, охладив молекулу порфирина до 6K, исследователям удалось зафиксировать протон в одной из конфигураций, после чего с помощью электрического тока, подающегося через зонд сканирующего туннельного микроскопа, осуществляли контролируемый перенос протонов от атомов азота «север-юг» на атомы азота «восток-запад».

Важной особенностью новой системы является то, что при адсорбции на поверхности серебра молекула порфирина принимает искаженную седлообразную форму, что приводит к различному значению электропроводности двух различающихся конфигураций. Пользуясь этим, исследователи из группы Аувертер могли управлять проводимостью молекулы с помощью зонда санирующего туннельного микроскопа, перенося протоны из положения «север-юг» в положение «восток-запад». Более того, удаление одного из протонов с помощью того же СТМ позволяет переключать систему между четырьмя, различающимися между собой состояниями проводимости – «север», «юг», «восток» и «запад».

Со-Вай Хла (Saw-Wai Hla),эксперт по молекулярным переключателям из Университета Огайо утверждает, что результаты новой работы интересны тем, что молекула не искажает свою форму при переключении, а, поскольку конформация молекулы не меняется, переключение молекулы между состояниями не будет влиять на соседние к порфириновому «переключателю» элементы молекулярно-электронной схемы.

Тем не менее, Дэвид Кери (David Carey), эксперт по наноэлектронике из Университета a Суррея, подчеркивает, что результаты работы немецких ученых, хотя и интересные с точки зрения теории, вряд могут оказаться полезными для использования на практике – для успешной работы системы требуется слишком низкая температура, да и переключение молекулярного электронного блока с помощью СТМ весьма сложная процедура.