Molekyylielektroniikan airueita

Kaksiulotteisena materiaalina MoS2 on erinomainen puolijohde. Joten ei ole yllättävää, että tieteiskirjailijat ovat jo vuosia spekuloineet molekyylipiireistä, fiktiivisistä MoS2:sta rakennetuista tietokonepiireistä.

Regensburgin yliopiston tutkijoilla on monen vuoden kokemus hiilinanoputkista, putkimaisista makromolekyyleistä, jotka on valmistettu pelkästään hiiliatomeista.

"Oli ilmeistä keskittyä seuraavassa askeleessa myös MoS2:een ja sen kiehtoviin ominaisuuksiin", sanoo tohtori Andreas K. Hüttel. Yhteistyössä professori Maja Remškarin kanssa tutkimusryhmä aloitti MoS2-nanoputkiin perustuvien kvanttirakenteiden kehittämisen".

"On käynyt ilmi, että MoS2 tuottaa kvanttirajoituksia eli erillisiä elektronisia tiloja, joita tarvitaan kubiteille ja kvanttitietokoneille. Erillistilat ovat kuitenkin erittäin vaikeasti tavoitettavissa sirulla olevilla litteillä hiutaleilla. Siksi olemmekin kiinnostuneita näistä eksoottisista nanoputkista. Putket voidaan kasvattaa puhtaina ja suorina halkaisijaltaan jopa 20 nm – ja ne antavat siten automaattisesti tarvitsemasi pienet rakennekoot".

Alkuun haasteena oli saada aikaan hyvät metallikontaktit. Hyödylliset metallit, joilla on alhainen kosketusresistanssi, reagoivat yleensä MoS2-pinnan kanssa ja tuhoavat sen kiderakenteen. Tämä vaikeus on yksi tärkeimmistä syistä, miksi tästä materiaalista ei vielä ole monia piiriratkaisuja.

Vismuntti puolimetallin avulla tutkijat saivat aikaan kontaktirakenteita, jotka pysyvät sähköisesti läpinäkyvinä jopa matalalla lämpötila-alueella ja jotka jättävät molybdeenidisulfidin rikkoutumattomaksi.

Myös rakenteiden koot tulivat välittömästi esille. Toistaiseksi käytännön syistä olemme käyttäneet melko suuria nanoputkia ja nanonauhoja. Voimme kuitenkin osoittaa, että alle 0,1 K lämpötiloissakin, virta kulkee sirurakenteissamme erillisten kvanttitilojen läpi – ja se on iso askel kohti ohjattavia varaus-, spin- tai jopa laaksokubitteja MoS2:ssa, toteavat tutkijat.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on osoittanut transistorimaisen kytkimen joka on valmistettu yhdestä fullereeni -molekyylistä.

Tarkkaan viritetyn laserpulssin avulla tutkijat pystyvät käyttämään fullereenia vaihtamaan saapuvan elektronin polkua ennustettavalla tavalla. Tutkijat uskovat voivansa saavuttaa kytkentänopeuden, joka on miljoona kertaa nopeampi kuin klassisella transistorilla.

Lisäksi laserin voisi virittää vaihtamaan fullereenimolekyyliä vaihtamaan useilla tavoilla samaan aikaan, jolloin siinä olisi useita mikroskooppisia transistoreita yhdessä molekyylissä. Tällöin pieni fullereenikytkimien verkosto suorittaisi laskennallisia tehtäviä mahdollisesti paljon nopeammin kuin perinteiset mikrosirut.

Aiheesta aiemmin:

Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin