Свідіненко Юрій (Svidinenko)
Основа механоелектріческой молекулярної електроніки - молекули, які при дії ззовні можуть змінювати своє електричне стан або конфігурацію. Дослідники з Каліфорнійського інституту давно займаються механоелектріческімі системами, на основі яких можна створити ряд НЕМС-актюаторів і механічну пам'ять. Про останні досягнення в цій галузі вчені доповіли в грудневому випуску журналу Science. У цій статті ми розповімо про НЕМС-системах, за допомогою яких дослідники сподіваються створити механоелектріческую пам'ять.
"Сучасна молекулярна електроніка знаходиться в зародковому стані", - говорить Амар Флуд, дослідник з UCLA і автор публікації в Science. - "Необхідно пояснити, що молекулярна електроніка - це комбінація активних молекул і електронних схем. Поки ще рано говорити про те, як швидко результати цього весілля з'являться на ринку, але її внесок у розвиток науки вже очевидний".
Рис. 1. Типи молекулярних елеваторів
Одне з перших застосувань молекулярних машин, які вже виготовлені вченими, - механоелектріческая пам'ять. Перші спроби створити з окремих молекул механічні системи були зроблені флудом, Стоддарт і їх командою ще у 1996 році. У середині 2004 їм вдалося створити молекулярний елеватор - НЕМС-систему, яка складається зі стрижня і молекули-ліфта. При подачі електричного потенціалу на елеватор молекула-ліфт пересувалася вздовж стрижня. Напрямок руху елеватора можна було змінити, переключивши полярність активуючого потенціалу. Різні типи елеваторів можна побачити на рис.1. Потрібно відзначити, що ця НЕМС-система активується не тільки електрикою, а й світловий енергією, а також певними хімічними каталізаторами. Як ліфта в системі 1 типу вчені використовували молекулу правильного ротаксана; у 2-й - молекулу Катена; і в 3-й - молекулу псевдоротаксана.
Рис. 2. Активація молекул ротаксана і Катена
Ці молекули особливі тим, що при захопленні молекулою електрона вона може змінити свій енергетичний потенціал, а перебуваючи в складі наносистеми - змінити положення в просторі. Так, ротаксани в наносистемах рухаються лінійно, в той час як Катена обертаються навколо осі стрижня, на якому знаходяться (див. рис. 2).
Цей же принцип використовувався дослідниками при конструюванні пам'яті. Як говорить Флуд, вони спроектували 64-бітну RAM-пам'ять на основі НЕМС-осередків, що використовують ротаксани. При цьому розміри нової пам'яті б'ють рекорди, встановлені законом Мура.
Рис. 3. Модель молекулярної пам'яті на основі молекул ротаксанов
Флуд і Стоддарт вже створили елементарну комірку пам'яті, яка перемикається в логічне стан 1 і 0 при подачі на неї електричного потенціалу. На рис. 3. можна бачити принцип дії нової НЕМС-пам'яті.
"Коли ми подали позитивний імпульс на клітинку, молекула ротаксана пересунулася в стан 1, а коли ми змінили полярність напруги, вона перемістилася до положення, що означає 0", - сказав Стоддарт. - "Ми перевірили роботу пристрою, змусивши його тривало перемикатися. При цьому ми змогли міняти швидкість перемикання! Ми змінювали частоту перемикання від 10000 разів в 1 секунду до 10 разів. При цьому, коли молекули перебували в різних середовищах, швидкість перемикання також змінювалася," - говорить Стоддарт.
Найцікавіше в дослідженні полягає в тому, що, використовуючи різні полімери в якості основи для переміщення ротаксанов, вчені домоглися зміни кольору молекули (тобто зміна у випромінюваному світлі). У досвіді використовувалися перемикачі з червоного на зелений. За словами Стоддарта, нові пристрої можуть працювати навіть у дисплеях! При цьому дисплеї будуть механічними, тобто принципово новими для сучасної комп'ютерної промисловості! Але, звичайно, до створення тільки прототипів таких пристроїв ще далеко - від трьох до п'яти років.
"Ми дуже пишаємося тим, що нам вдалося створити принципово нові наносистеми. Я думаю, що це один з кроків до того, що називають молекулярною виробництвом", - закінчив Стоддарт.
Список літератури
1. Nanotechnology-Now: Rapid Progress Reported In Emerging Field Of Molecular Electronics
2. Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics
3. Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics