211service.com
Nový typ molekulárního přepínače
Vědci z IBM vytvořili nový molekulární spínač, který je schopen zapínat a vypínat, aniž by změnil svůj tvar. Zatímco takový přepínač je stále ještě několik let od použití v pracovních zařízeních, vědci naznačují, že ukazuje potenciální způsob, jak propojit takové molekulární přepínače, aby vytvořily molekulární logické brány pro budoucí počítače.
Molekulární spínač: Špička rastrovacího tunelového mikroskopu (zobrazená stříbrně) sonduje molekulární spínač ve tvaru kříže pro zapnutí a vypnutí sousední molekuly. Indukcí napětí sonda způsobí, že dva atomy vodíku v molekule naftalocyaninu přejdou z jedné orientace do druhé.
Výzkumníci během posledního desetiletí pracovali na použití jednotlivých molekul jako elektronických spínačů v naději, že nakonec pomohou udělat elektronická zařízení ještě menší a výkonnější. (Viz Molecular Computing.) Ale zatím takové snahy zahrnovaly molekulární procesy, které nějakým způsobem deformují geometrický tvar molekuly, říká Petr Liljeroth , výzkumník v IBM Zurich Research Laboratory , ve Švýcarsku.
Problém je v tom, že změna tvaru molekuly ztěžuje jejich propojení jako přepínače. Pokud chce výzkumník vytvořit něco složitějšího než jen molekulární spínač, jako je logická brána, pak musí být schopen je spojit, říká Liljeroth. Mít jediný molekulární spínač nebude k ničemu užitečné.
Liljeroth a jeho kolegové využívají atomové změny, ke kterým dochází ve středu molekulární klece, což nemění celkovou strukturu molekuly. V nejnovějším čísle časopisu Věda , skupina ukazuje, jak lze její molekulu elektricky zapínat a vypínat. Výzkumníci také demonstrují, jak mohou tři z těchto molekul spolupracovat, když jsou umístěny vedle sebe. Injekce proudu do jedné molekuly změní stav jiné, říká Liljeroth.
Multimédia
Sledujte molekulární přepínač IBM v akci.
Zpráva představuje vynikající a pozoruhodný kus základní vědy, říká Fraser Stoddart , ředitel California Nanosystems Institute na University of California v Los Angeles, který se také zabývá molekulárním přepínáním.
Molekula IBM je naftalocyanin, třída sloučenin používaných v barvách a organické optické elektronice kvůli jejich intenzivní modrofialové barvě. Struktura molekuly IBM tvoří křížový tvar, který obsahuje dva protilehlé atomy vodíku na obou stranách centrální čtvercové dutiny.
Když vědci umístili molekulu na ultratenký substrát, bylo zjištěno, že se tyto protilehlé atomy vodíku překlopily ze stran tohoto kvadrantu nahoru a dolů nebo naopak, když bylo aplikováno dostatečné napětí. Bez ohledu na to, ve kterém z těchto dvou stavů se nachází, geometrie molekuly zůstává konstantní.
Při použití nižšího napětí je možné zjistit stav spínače měřením proudu, který jím protéká. Nízké napětí ji nepřepne, takže můžeme odečíst stav molekuly, říká Liljeroth.
Je to krásná věda, říká Mark Reed , fyzik z Yale University v New Haven, CT, který studuje molekulární zařízení. To, že mají tuto vratnou změnu struktury je moc fajn.
K objevu IBM došlo náhodou. Ve skutečnosti jsme zkoumali molekulární vibrace způsobené přidáním elektronů do molekuly, říká Liljeroth. Ale přitom si výzkumníci všimli tohoto překlápění atomů vodíku, molekulární reakce známé jako tautomerizace.
K přepnutí molekuly skupina použila skenovací tunelový mikroskop (STM) pracující při extrémně nízkých teplotách a ve vakuu. Reakce je však poháněna elektricky, i když na pikoampech, takže STM není pro tuto reakci nezbytný, říká Liljeroth. Nízká teplota by však mohla být hlavní překážkou praktického provedení procesu.
U této konkrétní molekuly musela být teplota udržována na pouhých pěti stupních Kelvina, aby reakce probíhala kontrolovaným způsobem. Reakce stále probíhá při pokojové teplotě, říká Liljeroth. Ale při pokojové teplotě by se to stalo spontánně. Nicméně říká, že existuje potenciál najít nové molekuly, které vykazují toto chování při vyšších teplotách v naději, že nakonec vytvoří logická zařízení.
Ukázat, že jeden molekulární spínač lze zapnout a vypnout přivedením proudu na sousední molekulu, je prvním krokem k takové logice. Schopnost přivést napětí na jednu molekulu a způsobit tautomerizaci sousední molekuly má zajímavé důsledky pro logická zařízení, říká Stoddart. Ale říká, že teplotní omezení zůstává obrovskou výzvou.
Stoddart také odmítá, že skupina IBM odmítla molekulární přepínače, které mění tvar; tvrdí, že takové molekuly jsou v mnohem pokročilejším stádiu a mohou fungovat při pokojové teplotě. Považuji za znepokojivé, že vědci v oblasti molekulární elektroniky nadále nespravedlivě odmítají výzkum jiných, který je technologicky mnohem vyspělejší než jejich vlastní, a přesto má velmi solidní teoretický a experimentální základ.
Yale’s Reed je také skeptický ohledně praktických důsledků zjištění IBM. Jakékoli řeči o přeměně této reakce na zařízení jsou v této fázi nadměrnou hyperbolou, říká. Je to jako říct, že jsme objevili křemíkové polovodiče, a proto můžeme vyrobit Pentium.