Naujo tipo molekulinis jungiklis

IBM mokslininkai sukūrė naują molekulinį jungiklį, kuris gali įjungti ir išjungti nekeičiant savo formos. Nors toks jungiklis vis dar buvo naudojamas darbiniuose įrenginiuose, mokslininkai teigia, kad jis rodo galimą būdą sujungti tokius molekulinius jungiklius, kad būtų sudaryti molekulinės logikos vartai būsimiems kompiuteriams.

Molekulinis jungiklis: Skenuojančio tunelinio mikroskopo antgalis (parodytas sidabrine spalva) zonduoja kryžiaus formos molekulinį jungiklį, kad įjungtų ir išjungtų kaimyninę molekulę. Sukeldamas įtampą, zondas priverčia du naftaliocianino molekulėje esančius vandenilio atomus pereiti iš vienos orientacijos į kitą.

Pastarąjį dešimtmetį mokslininkai stengėsi panaudoti atskiras molekules kaip elektroninius jungiklius, tikėdamiesi, kad jos galiausiai padės elektroninius įrenginius padaryti dar mažesnius ir galingesnius. (Žr. „Molecular Computing“ .) Tačiau iki šiol tokios pastangos buvo susijusios su molekuliniais procesais, kurie tam tikru būdu deformuoja molekulės geometrinę formą. Piteris Liljerotas , tyrėjas IBM Ciuricho tyrimų laboratorija , Šveicarijoje.

Problema ta, kad pakeitus molekulės formą sunku jas susieti kaip jungiklius. Jei tyrėjas nori sukurti ką nors sudėtingesnio nei tik molekulinis jungiklis, pavyzdžiui, loginius vartus, jis turi sugebėti juos sujungti, sako Liljerothas. Vieno molekulinio jungiklio turėjimas tikrai niekam nebus naudingas.

Liljerothas ir jo kolegos išnaudoja atominius pokyčius, vykstančius molekulinio narvelio centre, o tai nekeičia bendros molekulės struktūros. Naujausiame žurnalo numeryje Mokslas , grupė parodo, kaip jos molekulę galima elektra įjungti ir išjungti. Tyrėjai taip pat parodo, kaip trys iš šių molekulių gali veikti kartu, kai jos yra viena šalia kitos. Srovės įpurškimas į vieną molekulę pakeis kitos būseną, sako Liljerothas.

Multimedija

• Stebėkite, kaip veikia IBM molekulinis jungiklis.

Ataskaita yra išskirtinis ir nepaprastas fundamentinio mokslo gabalas, sakoma Freizeris Stoddartas , Kalifornijos universiteto Kalifornijos nanosistemų instituto direktorius Los Andžele, kuris taip pat dirba su molekuliniu perjungimu.

IBM molekulė yra naftalocianinas, junginių klasė, naudojama dažuose ir organinėje optinėje elektronikoje dėl jų intensyvios melsvai violetinės spalvos. IBM molekulės struktūra sudaro kryžiaus formą, kurioje yra du priešingi vandenilio atomai abiejose centrinės kvadrato tuštumos pusėse.

Kai mokslininkai padėjo molekulę ant itin plono substrato, buvo nustatyta, kad šie priešingi vandenilio atomai pasislenka iš šio kvadranto šonų į viršų ir apačią arba atvirkščiai, kai buvo taikoma pakankama įtampa. Tačiau nepaisant to, kurioje iš šių dviejų būsenų ji yra, molekulės geometrija išlieka pastovi.

Įjungus žemesnę įtampą, jungiklio būseną galima nuskaityti išmatuojant per jį tekančią srovę. Žema įtampa jos neperjungia, todėl galime perskaityti molekulės būseną, sako Liljerothas.

Tai gražus mokslas, sako Markas Ridas fizikas iš Jeilio universiteto, Niu Heivene, CT, tyrinėjantis molekulinius prietaisus. Tai, kad jie turi šį grįžtamą struktūros pakeitimą, yra labai malonu.

IBM atradimas buvo padarytas atsitiktinai. Tai, ką mes iš tikrųjų tyrėme, buvo molekulinė vibracija, kurią sukelia elektronų pridėjimas prie molekulės, sako Liljerothas. Tačiau tai darydami mokslininkai pastebėjo šį vandenilio atomų virtimą, molekulinę reakciją, žinomą kaip tautomerizacija.

Norėdami pakeisti molekulę, grupė naudojo skenuojantį tunelinį mikroskopą (STM), veikiantį ypač žemoje temperatūroje ir vakuume. Tačiau reakcija yra valdoma elektra, nors ir pikoampuose, todėl STM nėra būtina, kad ši reakcija įvyktų, sako Liljerothas. Tačiau žema temperatūra gali būti pagrindinė kliūtis norint, kad procesas būtų praktiškas.

Šios konkrečios molekulės temperatūra turėjo būti palaikoma tik penkių kelvino laipsnių temperatūroje, kad reakcija vyktų kontroliuojamu būdu. Reakcija vis dar vyksta kambario temperatūroje, sako Liljerothas. Tačiau kambario temperatūroje tai įvyktų spontaniškai. Nepaisant to, jis sako, kad yra galimybių rasti naujų molekulių, kurios taip elgtųsi esant aukštesnei temperatūrai, tikintis galiausiai sukurti loginius įrenginius.

Įrodyti, kad vieną molekulinį jungiklį galima įjungti ir išjungti, paleidžiant srovę į kaimyninę molekulę, yra pirmasis žingsnis tokios logikos link. Galimybė pritaikyti įtampą vienai molekulei ir sukelti kaimyninės molekulės tautomerizaciją turi įdomių pasekmių loginiams įrenginiams, sako Stoddartas. Tačiau, anot jo, temperatūros apribojimas tebėra didžiulis iššūkis.

Stoddart taip pat atmeta IBM grupės atsisakymą naudoti molekulinius jungiklius, kurie keičia formą; jis teigia, kad tokios molekulės yra daug pažengusios stadijos ir gali veikti kambario temperatūroje. Man kelia nerimą tai, kad molekulinės elektronikos mokslininkai ir toliau neteisingai atmeta kitų atliekamus tyrimus, kurie yra daug labiau technologiškai pažangūs nei jų pačių, tačiau taip pat turi labai tvirtą teorinį ir eksperimentinį pagrindą.

Jeilio Reedas taip pat skeptiškai vertina praktines IBM atradimo pasekmes. Bet kokios kalbos apie šios reakcijos pavertimą prietaisu šiuo metu yra pernelyg didelė hiperbolė, sako jis. Tai tarsi sakymas, kad atradome silicio puslaidininkius, todėl galime pagaminti Pentium.

paslėpti