Вычисления на молекулах

14 январь, 2020 - 18:05Леонид Бараш

Химики и физики разработали, нанесли и использовали на поверхности молекулярные спиновые переключатели. Вновь разработанные молекулы обладают стабильными спиновыми состояниями и не теряют своей функциональности при адсорбции на поверхностях.

Спинтроника в отличие от обычной электроники, использует спин электронов для считывания, хранения, передачи и обработки данных. Потенциальными преимуществами являются энергонезависимость, повышенная скорость обработки данных, пониженное потребление электроэнергии и более высокая плотность интеграции по сравнению с обычными полупроводниковыми устройствами. Молекулярная спинтроника находится на пути к окончательному шагу по миниатюризации спинтроники, стремясь активно контролировать спиновые состояния отдельных молекул. Химики и физики из Кильского университета объединили усилия с коллегами из Франции и Швейцарии для разработки, нанесения и использования одномолекулярных спиновых переключателей на поверхностях. Вновь разработанные молекулы имеют стабильные спиновые состояния и не теряют своей функциональности при адсорбции на поверхностях.

Спиновые состояния новых соединений остаются стабильными не менее нескольких дней. «Это достигается с помощью конструктивного трюка, который напоминает основные электронные схемы в компьютерах, так называемые триггеры. Бистабильность или переключение между 0 и 1 реализуется путем зацикливания выходного сигнала обратно на вход», - говорит физик-экспериментатор д-р Мануэль Грубер (Manuel Gruber) из Кильского университета. Новые молекулы имеют три свойства, которые связаны друг с другом в такой петле обратной связи: их форма (планарная или плоская), близость двух субъединиц, называемых координацией (да или нет), и состояние спина (вверх или вниз). Таким образом, молекулы заблокированы или в том, или в ином состоянии. После сублимации и осаждения на серебряной поверхности переключатели самостоятельно собираются в строго упорядоченные массивы. Каждая молекула в таком массиве может быть адресована отдельно с помощью сканирующего туннельного микроскопа и переключаться между состояниями путем приложения положительного или отрицательного напряжения.

«Наш новый спиновый переключатель использует всего одну молекулу, в которую входят несколько компонентов, таких как транзисторы и резисторы в традиционной электронике. Это большой шаг к дальнейшей миниатюризации», - объясняют д-р Грубер и химик-органик проф. Райнер Хергес (Rainer Herges). Следующим шагом будет увеличение сложности составов для реализации более сложных операций.

Молекулы - это самые маленькие конструкции, которые могут быть спроектированы и построены с атомарной точностью и предсказуемыми свойствами. Их реакция на электрические или оптические раздражители и их специально разработанные химические и физические функции делают их уникальными кандидатами на разработку новых классов устройств, таких как управляемые поверхностные катализаторы или оптические устройства.

Вычисления на молекулах

Новая молекула имеет три свойства. Только две комбинации этих свойств являются стабильными. Переключение между различными состояниями достигается применением крошечных туннельных токов