Det lykkes forskere at skifte lysstyret molekyle

Forskere ved universitetet i Konstanz og Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) arbejder på at lagre og behandle oplysninger om enkeltmolekylernes niveau for at skabe de mindst mulige komponenter, der vil kombinere autonomt til at danne et kredsløb. Som for nylig rapporteret i det akademiske tidsskrift Avanceret videnskab , forskerne kan tænde strømmen gennem et enkelt molekyle for første gang ved hjælp af lys.

Dr. Artur Erbe, fysiker ved HZDR, er overbevist om, at molekylær elektronik i fremtiden vil åbne døren for nye og stadig mindre - men også mere energieffektive - komponenter eller sensorer:"Enkeltmolekyler er i øjeblikket de mindste tænkelige komponenter, der kan integreres i en processor." Det er endnu ikke lykkedes forskere at skræddersy et molekyle, så det kan lede en elektrisk strøm, og at denne strøm selektivt kan tændes og slukkes som en elektrisk kontakt.

Dette kræver et molekyle, hvor en ellers stærk binding mellem individuelle atomer opløses på ét sted - og dannes igen præcist, når energi pumpes ind i strukturen. Dr. Jannic Wolf, kemiker ved universitetet i Konstanz, opdagede gennem komplekse forsøg, at en bestemt diarylethenforbindelse er en støtteberettiget kandidat. Fordelene ved dette molekyle, cirka tre nanometer i størrelse, er, at den roterer meget lidt, når et punkt i dens struktur åbner, og den besidder to nanotråde, der kan bruges som kontakter. Diaryletenen er en isolator når den er åben og bliver en leder når den er lukket. Det udviser således en anden fysisk adfærd, en adfærd, som forskerne fra Konstanz og Dresden med sikkerhed kunne demonstrere i talrige reproducerbare målinger for første gang i et enkelt molekyle.

En computer fra et reagensglas

Et særligt træk ved disse molekylære elektronikker er, at de finder sted i en væske i et reagensglas, hvor molekylerne bringes i kontakt i opløsningen. For at fastslå, hvilken effekt løsningsbetingelserne har på omskiftningsprocessen, det var derfor nødvendigt systematisk at teste forskellige opløsningsmidler. Diarylethen skal fastgøres i enden af ​​nanotråde til elektroder, så strømmen kan strømme. "Vi udviklede en nanoteknologi på HZDR, der er afhængig af ekstremt tynde spidser lavet af meget få guldatomer. Vi strækker den omskiftelige diarylethenforbindelse mellem dem, "forklarer Dr. Erbe.

Når en lysstråle derefter rammer molekylet, den skifter fra åben til lukket tilstand, hvilket resulterer i en flydende strøm. "For første gang nogensinde kunne vi tænde et enkelt kontaktet molekyle og bevise, at dette præcise molekyle bliver en leder, som vi har brugt lysstrålen på, "siger Dr. Erbe, tilfreds med resultaterne. "Vi har også karakteriseret den molekylære switch -mekanisme i ekstremt detaljerede detaljer, derfor tror jeg, at det er lykkedes os at tage et vigtigt skridt mod en ægte molekylær elektronisk komponent. "

Slukker, imidlertid, fungerer endnu ikke med det kontaktede diarylethen, men fysikeren er overbevist om:"Vores kolleger fra HZDR -teorigruppen beregner, hvor præcist molekylet skal rotere, så strømmen afbrydes. Sammen med kemikerne fra Konstanz, Vi vil derfor kunne implementere designet og syntesen for molekylet. "Imidlertid, der kræves stor tålmodighed, fordi det er et spørgsmål om grundforskning. Diarylethenmolekylkontakten ved hjælp af elektronstråle litografi og de efterfølgende målinger alene varede tre lange år. For cirka ti år siden, en arbejdsgruppe ved University of Groningen i Holland havde allerede formået at konstruere en switch, der kunne afbryde strømmen. Afbryderen fungerede også kun i en retning, men hvad der ikke kunne bevises dengang med sikkerhed var, at ændringen i ledningsevne var bundet til et enkelt molekyle.

Et forskningsområde i Dresden er det, der er kendt som selvorganisering. "DNA -molekyler er, for eksempel, i stand til at indrette sig i strukturer uden hjælp udefra. Hvis det lykkes os at konstruere logiske switches fra selvorganiserende molekyler, så kommer fremtidens computere fra reagensglas, "Dr. Erbe profeterer. De enorme fordele ved denne nye teknologi er indlysende:milliarder euro produktionsanlæg, der er nødvendige for fremstilling af nutidens mikroelektronik, kan være en saga blottet. Fordelene ligger ikke kun i produktionen, men også i driften af ​​det nye molekylære komponenter, da de begge vil kræve meget lidt energi.