×
Новый молекулярный транзистор может управлять каждым электроном

Ученым из Германии, Японии и США удалось создать крошечный надежный транзистор, собранный из одной молекулы и десятка дополнительных атомов. Транзистор работает, как сообщается, так точно, что может контролировать поток одиночных электронов. Подобное изобретение позволяет проложить путь для следующего поколения наноматериалов и для миниатюрной электроники.

 

Для современной мощной электроники очень важно, чтобы транзисторы были все меньше и меньше, чтобы создавать все более миниатюрные устройства. Но у транзисторов на основе кремния есть предел по сокращению габаритов. Один атом кремния составляет около половины нанометра в диаметре. Это означает, что в нынешнем поколении  электроники клеммы переключателя разделены только около 30 атомами. После того как это количество упадет до однозначных цифр, эти транзисторы выйдут из строя, так как квантовая механика накладывает свои ограничения. Так что следующему этапу технологий просто необходим однопотоковый транзистор размером с молекулу.

 

Крошечные молекулярные транзисторы, конечно, гораздо меньше, чем те, что находятся внутри наших компьютеров, даже несмотря на то что они основаны на нанометровой технологии. Но исследователи в настоящий момент озадачены тем, как найти способ, чтобы молекулярные транзисторы получили функцию включения-выключения, так как это состояние зависит от места расположения одного электрона.

 

Поэтому международная команда из Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI), Свободного университета Берлина (FUB), NTT Basic Research Laboratories (NTT-BRL) и научно-исследовательской лаборатории ВМС США (NRL) создали молекулярный транзистор, который может управлять потоками электронов с функцией включения-отключения. Теперь дело за малым – научить его запоминать эту функцию, так как одномолекулярные структуры неустойчивы.

 

Транзисторы сегодня проектируются с использованием такого подхода, при котором основная часть кремния постепенно превращается в желаемый рисунок. Молекулярный транзистор, однако, проектируется так, чтобы перестраивались сами атомы под воздействием электронов. Это может показаться весьма необычным, но подобная система создает потенциал для переустройства всей электроники под необходимые, изменяемые параметры. С огромной точностью. Также подобная структура инертна к перегрузкам и перегреву – она просто поменяет структуру, словно трансформер, если будет необходимость измениться под окружающие условия. Это обуславливает высокую надежность.

 

Ученый Стефан Фольч (Stephan Fölsch) и команда построили свой транзистор, используя высокостабильный сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Устройство было собрано путем перестройки кристалла арсенида индия и размещения 12 атомов индия, сложенных в гексагональную форму на вершине и с молекулой фталоцианина в середине.

 

Как объясняют исследователи, центральная молекула слабо связана с поверхностью кристалла под ним. Это означает, что, когда наконечник микроскопа очень близко к молекуле и создает напряжение, одиночные электроны могут туннелировать между поверхностью кристалла и наконечником микроскопа. Положительно заряженные атомы взаимодействуют вокруг молекулы как затвор транзистора, регулируя поток электрона, что и обеспечивает функционирование надежного молекулярного транзистора.

 

Полученные результаты опубликованы в журнале Nature Physics.

 

Автор: Степан Мазур

 

Оригинал фото: gizmag