Yhden molekyylin kytkin elektreetistä

Kansainvälinen tutkijaryhmä on ensimmäistä kertaa osoittanut yksimolekyylisen elektreettirakenteen, joka voi olla yksi avain molekyylitietokoneisiin.

Pienempi elektroniikka on ratkaisevan tärkeää kehittyneempien tietokoneiden ja muiden laitteiden kehittämisessä. Tämä on johtanut siihen, että alalla on etsitty tapaa korvata piisirut molekyyleillä, joka sisältää yksimolekyylisen elektreetin luomisen - kytkinlaitteen, joka voisi toimia alustana erittäin pienille haihtumattomille muisteille.

Yalen yliopiston professori Mark Reedin sekä Nanjingin, Renminin, Xiamenin yliopistojen ja Rensselaer Polytechnic Instituten kollegoiden kanssa on äskettäin esittelyt yksimolekyylisen elektreetin, jolla on toiminnallinen muisti.

Suurin osa elektreeteistä on valmistettu pietsosähköisistä materiaaleista, kuten kondensaattorimikrofonit ja mobiililaitteiden kaiuttimet. Elektreetissä kaikki dipolit asettuvat spontaanisti samaan suuntaan. Käyttämällä sähkökenttää niiden suunnat voidaan muuttaa.

"Kysymys on aina ollut siitä, kuinka pienen näistä elektreeteistä voi tehdä, jotta olisivat tallennusmuistirakenteita", Reed toteaa.

Tutkijat lisäsivät Gadolinium-atomin buckminsterfullereenin (Gd@C82) sisälle. Kun tutkijat sijoittivat sen transistorityyppiseen rakenteeseen, he havaitsivat yksittäisen elektronin siirron ja käyttivät sitä ymmärtääkseen sen energiatiloja.

Todellinen läpimurto oli kuitenkin se, että he huomasivat voivansa käyttää sähkökenttää vaihtaakseen energiatilaa vakaasta tilasta toiseen. Aiemmin näin vakaiden tilojen olemassaoloa epäiltiin vahvasti.

"Se mitä tapahtuu, on että tämä molekyyli toimii ikään kuin sillä olisi kaksi vakaata polarisaatiotilaa", Reed sanoo. Kysessä on porttiohjatun kytkentä kahden elektronisen tilan välillä Gd@C82:ssa. Kapseloitu Gd-atomi muodostaa varautuneen keskuksen, joka muodostaa kaksi yksittäisen elektronin siirtokanavaa.

Kokeissaan tutkijat osoittivat, että rakenteesta voi tehdä muistin, jota voi lukea ja kirjoittaa. Reed korostaa, että nykyinen rakenne ei ole tällä hetkellä käytännöllinen missään sovelluksessa, mutta osoittaa, että sen taustalla oleva tiede mahdollistaa sellaisen.

Aiheesta aiemmin:

Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi

Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin