Laskentaa molekyyleillä

Itsekoostuvan rakenteen jokaista molekyyliä voidaan osoittaa erikseen ja kytkeä tilojen välillä käyttämällä positiivista tai negatiivista jännitettä.

Kielin yliopiston kemistit ja fyysikot yhdistivät voimansa kollegoiden kanssa Ranskasta ja Sveitsistä suunnitellakseen ja käyttämään yksittäisien molekyylien spinkytkimiä. Äskettäin kehitetyillä molekyyleillä on vakaat spintilat ja eivätkä ne menetä toimivuuttaan pinnoille adsorboituneena.

Spintroniikka käyttää elektronien spiniä tunnistukseen, informaation tallennukseen, siirtoon ja käsittelyyn. Mahdollisia etuja ovat haihtumattomuus, parempi datan käsittelynopeus, vähentynyt sähkönkulutus ja suuremmat integraatiotiheydet verrattuna tavanomaisiin puolijohdelaitteisiin.

Molekyylispintroniikan tavoitteena on edelleen äärimmäinen askel kohti spintroniikan miniatyroitumista pyrkimällä hallitsemaan aktiivisesti yksittäisten molekyylien spin-tilaa.

Uusien yhdisteiden spin-tilat ovat stabiileja useita päiviä. "Tämä saavutetaan suunnittelutempulla, joka muistuttaa tietokoneiden perustavanlaatuisia elektronisia piirejä, ns. flip-floppeja. Bistabiilisuus tai kytkentä (välillä 0 - 1) toteutetaan silmukoimalla lähtösignaali takaisin tuloon", toteaa kokeellinen fyysikko Tri Manuel Gruber Kielen yliopistosta.

Uusilla molekyyleillä on kolme ominaisuutta, jotka on kytketty toisiinsa esitetyssä takaisinkytkentäsilmukassa: niiden muoto (tasomainen tai litteä), kahden alayksikön läheisyys, jota kutsutaan koordinaatioksi (kyllä tai ei), ja spintila (spin ylös tai spin alas).

Siten molekyylit lukittuvat joko toiseen tai toiseen tilaan. Sublimoituneena ja saostuessaan hopeapinnalle, kytkimet itsekoostuvat erittäin järjestyneiksi ryhmiksi. Jokaista ryhmän molekyyliä voidaan osoittaa erikseen skannaustunnelointimikroskoopilla ja kytkeä tilojen välillä käyttämällä positiivista tai negatiivista jännitettä.

"Uusi spin-kytkin antaa meille mahdollisuuden toteuttaa yhdellä molekyylillä sen mikä vaatii useita komponentteja, kuten transistoreita ja vastuksia tavanomaisessa elektroniikassa. Tämä tarkoittaa suurta askelta kohti elektroniikan edelleen pienentämistä", tohtorit Manuel Gruber ja Rainer Herges selittävät. Seuraava askel on lisätä yhdisteiden monimutkaisuutta yhä hienostuneempien toimintojen toteuttamiseksi.

Molekyylit ovat pienimpiä rakenteita, joita voidaan suunnitella ja rakentaa atomien tarkkuudella ja ennustettavilla ominaisuuksilla. Niiden reaktio sähköisiin tai optisiin ärsykkeisiin ja räätälöity kemiallinen ja fysikaalinen toiminnallisuus tekevät niistä ainutlaatuisia ehdokkaita kehitettäessä uuden luokan rakenteita, kuten hallittavissa olevia pintakatalyyttejä tai optisia laitteita.

Aiheesta aiemmin:

Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi

Molekyyli kytkimenä