Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin

Kuva molekyylikytkimistä sellaisena kuin se on skannaavalla tunnelimikroskoopilla nähtynä. Jokainen kirkas neliö on yksi kytkin. Merkinnät osoittavat, kuinka vaaleita ja tummia neliöitä voidaan käyttää binaari-informaation tallentamiseen.

Tutkijat ovat löytäneet yksittäiseen molekyyliin perustuvan 'kytkimen', joka voi toimia kuin transistori ja tarjoaa mahdollisuuden tallentaa binaaritietoja.

Läpimurron takana oleva kansainvälinen tutkijaryhmä uskoo, että löytämiensä kaltaisten molekyylien informaatiotiheys voi olla noin 250 terabittiä neliötuumaa kohti - mikä on noin sata kertaa nykyisten kiintolevyjen tallennustiheys. Yksittäisen molekyylin koko on noin viisi neliönanometriä.

Vaikka tutkijat eivät odota, että heidän löytämiään tiettyjä molekyylejä käytetään oikeissa kiintolevyissä, tutkimus on tärkeä todiste konseptista, joka vie meidät lähemmäksi todellisen molekyylielektroniikan rohkeaa uutta maailmaa.

Tutkimuksessa orgaanisen suolan molekyylit voidaan vaihtaa pienellä sähköisellä ohjauksella näkymään joko kirkkaana tai tummana – tarjoten näin binaari-informaatiota. Tärkeää on, että tämä informaatio voidaan kirjoittaa, lukea ja poistaa, huoneenlämmössä ja normaalissa ilmanpaineessa.

Tohtori Stijn Mertens, Lancasterin yliopiston sähkökemiallisen pintatekniikan lehtori ja tutkimuksen johtava tutkija, toteaa: ”On olemassa koko luettelo ominaisuuksista, jotka molekyylin on oltava, jotta se olisi käyttökelpoinen molekyylimuistina. Sen lisäksi, että se voidaan kytkeä molemmissa suunnissa ympäröivissä olosuhteissa, sen on oltava pitkään vakaa valoisassa ja pimeässä tilassa ja muodostamaan spontaanisti myös erittäin järjestäytyneet yhden molekyylin paksuisen kerrokset, itsekokoonpanon prosessissa. Meidän saavutus on ensimmäinen esimerkki, joka yhdistää kaikki nämä ominaisuudet samassa molekyylissä."

Laboratoriokokeissa tutkimusryhmä käytti pieniä sähköpulsseja pyyhkäisy tunnelimikroskoopissa yksittäisten molekyylien vaihtamiseksi vaaleasta tummaksi. He pystyivät myös lukemaan ja poistamaan informaation jälkeenpäin, napin painalluksella.

Puolan tiedeakatemian Henryk Niewodniczanski Instituten (IFJ PAN) tutkijat yhteistyössä Nara Women's Universityn (Japani) ja Jagiellonian Universityn (Puola) tutkijoiden kanssa ovat ottaneet tärkeän askeleen kohti toimivan kvanttitietokoneen rakentamisessa.

Erityisillä kokeellisia työkaluilla ja materiaaleilla he suorittivat analyysin yksittäisten molekyylimagneettien dynaamisista magneettisista ominaisuuksien käyttäytymisestä. Kvanttitietokoneen yhdeksi mahdolliseksi toteutustavaksi tehdään intensiivistä tutkimusta myös molekyylimagneettien, jotka on valmistettu yhden nm:n kokoisista molekyyleistä, käytöstä (SMM - Single Molecular Magnets).

Tutkijoiden saamat tulokset ovat erityisen tärkeitä insinööreille, jotka suunnittelevat ja rakentavat uuden sukupolven elektronisia järjestelmiä magneettimolekyyleillä.

"Jatkotutkimuksemme keskittyy jatkossakin molekyylimagneettien dynaamisiin magneettisiin ominaisuuksiin", toteaa tohtori Konieczny. "Uskomme, että syvä tuntemus näissä materiaaleissa esiintyvistä ilmiöistä vie meidät lähemmäksi täysin toimivan molekylaarisen kvanttitietokoneen luomista."

Aiheesta aiemmin: Kohti molekyylielektroniikkaa