Forskere opfinder en switch, der kan forbedre elektronikken

Forskere ved University of Pittsburgh har opfundet en ny type elektronisk switch, der udfører elektroniske logiske funktioner inden for et enkelt molekyle. Inkorporeringen af ​​sådanne enkeltmolekylære elementer kunne muliggøre mindre, hurtigere, og mere energieffektiv elektronik. Forskningsresultaterne, støttet af et tilskud på 1 million dollar fra W.M. Keck Foundation, blev offentliggjort online i 14. november-udgaven af Nano bogstaver .

"Denne nye switch er overlegen i forhold til eksisterende enkelt-molekyle koncepter, " sagde Hrvoje Petek, hovedforsker og professor i fysik og kemi ved Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences og meddirektør for Petersen Institute for NanoScience and Engineering (PINSE) i Pitt. "Vi lærer, hvordan man reducerer elektroniske kredsløbselementer til enkelte molekyler for en ny generation af forbedrede og mere bæredygtige teknologier."

Afbryderen blev opdaget ved at eksperimentere med rotationen af ​​en trekantet klynge af tre metalatomer holdt sammen af ​​et nitrogenatom, som er helt indesluttet i et bur, der udelukkende består af kulstofatomer. Petek og hans team fandt ud af, at metalklyngerne indkapslet i et hult kulstofbur kunne rotere mellem flere strukturer under stimulering af elektroner. Denne rotation ændrer molekylets evne til at lede en elektrisk strøm, derved skifte mellem flere logiske tilstande uden at ændre den kugleformede form af kulburet. Petek siger, at dette koncept også beskytter molekylet, så det kan fungere uden påvirkning fra eksterne kemikalier.

På grund af deres konstante sfæriske form, prototypen af ​​molekylære switches kan integreres som atomlignende byggeklodser på størrelse med en nanometer (100, 000 gange mindre end diameteren af ​​et menneskehår) til massivt parallelle computerarkitekturer.

Prototypen blev demonstreret ved hjælp af et Sc3N@C80-molekyle, der var klemt mellem to elektroder bestående af et atomisk fladt kobberoxidsubstrat og en atomisk skarp wolframspids. Ved at påføre en spændingsimpuls, den ligesidede trekantformede Sc3N kunne roteres forudsigeligt blandt seks logiske tilstande.

Forskningen blev ledet af Petek i samarbejde med kemikere ved Leibnitz Institute for Solid State Research i Dresden, Tyskland, og teoretikere ved University of Science and Technology of China i Hefei, Folkerepublikken Kina. Forsøgene blev udført af postdoc-forsker Tian Huang og forskningsassistent Min Feng, både i Pitts Institut for Fysik og Astronomi.