Atomski prekidači približavaju molekularnu elektroniku stvarnosti

Istraživači iz Japana su razvili atomske prekidače na bazi srebra koji stvaraju stabilne električne veze između individualnih molekula i elektroda, rešavajući ključni izazov u povezivanju molekularne elektronike.

Prekidač funkcioniše putem formiranja i razbijanja srebrnih atomskih filamenata kad se primeni napon i obrne, što odgovara "uključenom" i "isključenom" stanju. Ova metoda omogućava skalabilnu integraciju molekularnih komponenata, utirući put za ultrakompaktne i energetski efikasne sklopove izgrađene od pojedinačnih molekula.

Preporučujemo

Buduća elektronska kola možda neće biti izgrađena od silicijuma, već od individualnih molekula. Naučnici su već demonstrirali da molekularna elektronika funkcioniše u ulozi ispravljača, prekidača i memorijskih jedinica.

Očekuje se da će takvi uređaji biti manji i energetski efikasniji od današnje elektronike. Međutim, ključni izazov je u formiranju stabilnog električnog kontakta između molekula i metalnih elektroda, što je bitno za sklapanje individualnih komponenata u funkcionalno kolo.

Jedno rešenje je upotreba atomskog prekidača (AP), pametne alternative tradicionalnom mehaničkom prekidaču. Umesto pokretnih delova, AP se oslanja na hemijske reakcije koje pomeraju metalne jone ili izazivaju redoks-promene radi stvaranja i razbijanja provodnih putanja. To ga čini jednostavnijim, pouzdanijim i lakšim za integraciju u molekularna kola sledeće generacije.

U cilju realizacije upotrebe AP u molekularnim kolima, istraživači iz Instituta za nauku u Tokiju demonstrirali su AP na bazi srebra koji se može koristiti za povezivanje individualnih molekula u čvrstoj sredini – korak ka stvaranju molekularnih spojeva sposobnih za povezivanje različitih molekularnih elektronskih komponenata.

"Upotreba AP daje stabilno molekularno povezivanje u čvrstoj sredini, omogućavajući direktnu primenu napona na funkcionalne molekule. Ovaj pristup eliminiše potrebu za mehaničkim manipulacijama elektroda, pojednostavljujući dizajn uređaja i omogućavajući paralelizaciju i integraciju, što su ključni koraci ka skalabilnoj molekularnoj elektronici" kažu istraživači.

Atomski prekidač se formira na tankom filmu od tantal-oksida. Uvode se molekuli acetilena i primenjuje se mali napon radi formiranja srebrnih atomskih filamenata koji povezuju ove molekule. Kad se primeni pozitivan napon, atomi srebra se pomeraju i formiraju filament koji povezuje elektrode, uključujući prekidač. Obrtanje napona razbija vlakno, isključujući prekidač.

Po razbijanju filamenta, molekul acetilena bude uhvaćen između preostalih atoma srebra, formirajući molekularni spoj. U ovom stanju, sam molekul acetilena premošćava jaz između elektroda i omogućava prolazak struje.

Dalja promena napona na kraju razbija ovaj molekularni spoj, dovršavajući ciklus prebacivanja. Srebrni AP na bazi tantal-oksida je funkcionisao stabilno pri niskim vrednostima napona (oko 0,3 V) i pod uslovima ultravisokog vakuuma i u acetilenskoj sredini.

Putem specijalne spektroskopije, potvrđeno je da prekidač radi kako je predviđeno. Ova metoda detektuje sitne vibracije molekula kad struja prolazi kroz njih.

Molekuli acetilena su proizveli jasne vibracione signale, pokazujući da su direktno povezani sa srebrnim filamentom i da pomažu u prenosu struje. Štaviše, provodnost uređaja je pokazivala vrednosti tipične za jednomolekularne spojeve, potvrđujući da električna veza postoji na molekularnom nivou.

Nova tehnika eliminiše potrebu za fizičkim podešavanjem elektroda u cilju formiranja molekularnih spojeva, što je dugo ograničavalo molekularnu elektroniku na laboratorijske eksperimente. Putem atomskih prekidača, više molekularnih spojeva se može kreirati automatski i istovremeno, što otvara put pouzdanom i skalabilnom metodu proizvodnje.

„Očekuje se da ovi nalazi značajno doprinesu razvoju energetski efikasnih molekularnih uređaja kao što su prekidači i senzori koji koriste kvantna svojstva molekula“, kažu istraživači.

Ovaj napredak nas približava ultrakompaktnim i energetski efikasnim uređajima, gde su čitava elektronska kola izgrađena od pojedinačnih molekula.

(Telegraf Nauka/Phys.org)