Atomikytkimet tuovat molekyylielektroniikan lähemmäksi todellisuutta

Tulevaisuuden elektronisia piirejä ei ehkä rakenneta piistä, vaan yksittäisistä molekyyleistä. Tutkijat ovat jo osoittaneet molekyylielektroniikkaa toimivan tasasuuntaajina, kytkiminä ja muistiyksiköinä. Tällaisten laitteiden odotetaan olevan pienempiä ja energiatehokkaampia kuin nykyinen elektroniikka.

Keskeinen haaste on kuitenkin vakaan sähköisen kontaktin muodostaminen molekyylien ja metallielektrodien välille, mikä on välttämätöntä yksittäisten komponenttien kokoamiseksi toimivaksi piiriksi.

Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on atomisen kytkimen käyttö. Liikkuvien osien sijaan atomikytkin perustuu kemiallisiin reaktioihin, jotka liikuttavat metalli-ioneja tai laukaisevat redox-muutoksia johtavien reittien luomiseksi ja katkaisemiseksi. Tämä tekee siitä yksinkertaisemman, luotettavamman ja helpomman integroida seuraavan sukupolven molekyylipiireihin.

Atomikytkimen käytön toteuttamiseksi molekyylipiireissä japanilaisen Science Tokyo –instituutin tutkijat ovat nyt osoittaneet hopeapohjaisen atomikytkimen, jota voidaan käyttää yksittäisten molekyylien yhdistämiseen kiinteän olomuodon ympäristössä.

Tutkimus on askel kohti molekyyliliitosten luomista, jotka kykenevät yhdistämään erilaisia molekyylielektronisia komponentteja.

Atomikytkin muodostuu ohuelle tantaalioksidikalvolle (Ta2O5). Asetyleenikaasun molekyylien ja pienen jännitteen avulla muodostetaan hopeisia atomisäikeitä. Kun positiivinen jännite kohdistetaan, hopea-atomit liikkuvat ja muodostavat säikeen, joka silloittaa elektrodit ja kytkee kytkimen päälle. Jännitteen kääntäminen katkaisee säikeen ja kytkee kytkimen pois päältä.

Ta₂O₅ -pohjainen hopea-atomikytkentä toimi vakaasti matalilla jännitteillä (noin 0,3 V) sekä erittäin korkeassa tyhjiössä että asetyleeniympäristössä.

Atomikytkimien avulla voidaan luoda useita molekyyliliitoksia automaattisesti ja samanaikaisesti, mikä tasoittaa tietä luotettavalle ja skaalautuvalle valmistusmenetelmälle. "Tulosten odotetaan edistävän merkittävästi energiatehokkaiden molekyylilaitteiden, kuten kytkimien ja antureiden, kehittämistä, jotka hyödyntävät molekyylien kvanttiominaisuuksia", Kaneko sanoo. Tämä läpimurto tuo meidät lähemmäksi erittäin kompakteja ja energiatehokkaita laitteita, joissa kokonaiset elektroniset piirit on rakennettu yksittäisistä molekyyleistä.

Aiheesta aiemmin:

Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan

Molekyylielektroniikan johteita ja kytkimiä

Molekyylielektroniikan airueita