Forskere skaber en enkelt-molekyle switch

Et team af forskere har for første gang demonstreret en enkelt-molekyle elektret - en enhed, der kunne være en af ​​nøglerne til molekylære computere.

Mindre elektronik er afgørende for at udvikle mere avancerede computere og andre enheder. Dette har ført til et skub i feltet mod at finde en måde at erstatte siliciumchips med molekyler, en indsats, der inkluderer at skabe et enkelt molekyle elektret - en switching enhed, der kunne tjene som en platform for ekstremt små ikke-flygtige lagerenheder. Fordi det så ud til, at en sådan enhed ville være så ustabil, imidlertid, mange i feltet spekulerede på, om man nogensinde kunne eksistere.

Sammen med kolleger på Nanjing Universitet, Renmin Universitet, Xiamen Universitet, og Rensselaer Polytekniske Institut, Mark Reed, Harold Hodgkinson-professoren i elektroteknik og anvendt fysik demonstrerede en enkeltmolekyle-elektret med en funktionel hukommelse. Resultaterne blev offentliggjort 12. oktober i Natur nanoteknologi .

De fleste elektreter er lavet af piezoelektriske materialer, som dem, der producerer lyden i højttalere. I en elektret, alle dipolerne - par af modsatte elektriske ladninger - retter sig spontant op i samme retning. Ved at anvende et elektrisk felt, deres retninger kan vendes.

"Spørgsmålet har altid været om, hvor små man kunne lave disse elektreter, som hovedsagelig er hukommelseslagringsenheder, " sagde Reed.

Forskerne indsatte et atom af Gadolinium (Gd) i en carbon buckyball, et 32-sidet molekyle, også kendt som en buckminsterfulleren. Når forskerne sætter denne konstruktion (Gd@C82) i en transistor-type struktur, de observerede enkeltelektrontransport og brugte denne til at forstå dens energitilstande. Imidlertid, det egentlige gennembrud var, at de opdagede, at de kunne bruge et elektrisk felt til at skifte dets energitilstand fra en stabil tilstand til en anden.

"Det, der sker, er, at dette molekyle opfører sig, som om det har to stabile polarisationstilstande, " sagde Reed. Han tilføjede, at holdet kørte en række forskellige eksperimenter, måling af transportegenskaberne under anvendelse af et elektrisk felt, og skifter tilstande frem og tilbage. "Vi viste, at vi kunne huske det - læs, skrive, Læs, skrive, " han sagde.

Reed understregede, at den nuværende enhedsstruktur ikke i øjeblikket er praktisk til nogen applikation, men beviser, at den underliggende videnskab bag er mulig.

"Det vigtige i dette er, at det viser, at du i et molekyle kan skabe to tilstande, der forårsager den spontane polarisering og to omskiftelige tilstande, " sagde han. "Og dette kan give folk ideer om, at du måske kan krympe hukommelsen bogstaveligt talt til det enkelte molekylære niveau. Nu hvor vi forstår, at vi kan gøre det, vi kan gå videre med at gøre mere interessante ting med det."