Molekyyli kytkimenä

Sveitsiläis-itävaltalainen tutkimusryhmä on nyt onnistunut kehittämään transistorin, joka toimii täysin eri tavalla ja koostuu ainoastaan yhdestä molekyylistä. Kolmen elektrodin sijaan tässä molekyylikytkimessä niitä on vain kaksi.

Pienetessään perinteinen piiteknologia kohtaa fyysisiä rajoituksia yhä pahempien vuotojen muodossa. "Mutta, jos vaihdat kiteistä orgaanisiin molekyyleihin nanomittakaavassa, käytettävissä on uusia mahdollisuuksia muuttaa siirron ominaisuuksia," selittää tutkimuksen taustoja Wienin yliopiston Robert Stadler.

Zürichin yliopiston kemistit syntetisoivat organometallisen molekyylirakenteen, jossa on yksittäisiä raudan, ruteniumin tai molybdeenin metalliatomeja. Molybdeeniversiota testattaessa havaittiin, että kuten transistori, tämä molekyyli kytkeytyi edestakaisin kahden eri tilan välillä johtavuuden osalta kolmen kertaluokan verran.

Tietokonesimulaatio auttoi ymmärtämään taustalla olevia prosessia; Molybdeeniatomissa on tietty tila, jonka elektroni voi miehittää. Jos tila on miehitetty, virtaa kulkee pienellä jännitteellä hyvin vähän. Suuremmalla jännitteellä elektroni voi irtautua paikastaan ja järjestelmä siirtyy tilaan, jossa johtavuus paranee noin tuhatkertaisesti.

Siten sekä kytkentä- että valintaprosessi voidaan tehdä vain kahden liitoskontaktin kautta. Kolmas elektrodi, jota yleensä vaaditaan transistorissa, ei ole tarpeen, mikä yksinkertaistaa johdotusprosessia merkittävästi.

Nämä kokeet suoritettiin alhaisissa lämpötiloissa ja erittäin vahvassa tyhjiössä. Kuitenkin, työhön osallistuneet IBM:n tutkijat etsivät jo malleja sisällyttää useita näistä molekyyleistä piisirujen nanohuokosiin, niin että ne toimisivat normaaleissa ympäristöolosuhteissa ja huoneenlämmössä.

Tutkijat uumoilevat, että metalliatomien kanssa integroidut orgaaniset molekyylit voivat osoittaa tietä ultrapienille kytkimille uudenlaisissa tallennusjärjestelmissä. Joka tapauksessa kolmannen elektrodin poisjäänti mahdollistaa vertaansa vailla olevat integraatiotiheydet.