За последние несколько лет область так называемой молекулярной электроники существенно продвинулась вперед. Учеными были созданы функционирующие молекулярные диоды, транзисторы, ячейки памяти и молекулярные аналоги других электронных компонентов. Тем не менее, до последнего времени так и не была решена главная задача, задача передачи и обмена информацией между молекулярными устройствами при комнатной температуре. А без этого будущее всей области молекулярной электроники продолжает оставаться в подвешенном состоянии.
Недавно исследователи из Наньчанского университета (Nanchang University), Китай, закончили разработку нового устройства, в основе которого лежат молекулы особого вида (SnCl2Pc), которые могут находиться в двух строго определенных формах при контакте с медной поверхностью. Эти две формы можно интерпретировать как логические 1 и 0, знакомые нам из цифровой логики.
Работа нового устройства базируется на явлении, известном под названием плоскостной молекулярной ориентации (in-plane molecular orientation). Это явление происходит в момент, когда молекула сложного органического соединения “приземляется” на твердую поверхность. Эта адсорбированная поверхностью молекула может принять одну из нескольких ее форм, а множество этих форм можно условно разбить на группы.
“У молекулы, которую мы использовали в экспериментах, имеются две определенные адсорбционные конфигурации в случае ее контакта с медной поверхностью” – рассказывает Ли Ван, профессор физики, – “Мы рассматривает одну (левую) ориентацию молекулы, как логическую 1, а правую ориентацию – как логический 0”.
Группа профессора Ванна обнаружила, что ориентацию одной молекулы можно изменять путем межмолекулярных взаимодействий, изменяя ориентации двух соседних молекул. Несколько таких молекул, расположенных определенным образом друг относительно друга, можно рассматривать как своего рода логический элемент, в котором выходной сигнал зависит от значений двух входных сигналов.
“Мы впервые в истории науки преуспели в реализации передачи сигналов и взаимодействии между отдельными молекулами” – рассказывает профессор Ван, – “Каждая молекула является носителем определенного сигнала, содержащего хранимую или передаваемую информацию. А совокупность молекул, расположенных заданным способом, позволяет выполнять достаточно сложные операции по обработке информации”.
Молекулярные устройства, созданные в лаборатории профессора Ванна, были изготовлены путем последовательной установки каждой молекулы на медное основание. Но для того, чтобы появилась возможность создания подобных молекулярных устройств в промышленных масштабах, потребуется разработка соответствующих методов производства, которые позволят располагать молекулы в заданных местах с высокой точностью, что обеспечит необходимую функциональность межмолекулярных взаимодействий.
В своих дальнейших исследованиях китайские ученые намерены создать ряд новых сложных молекулярных устройств, при помощи которых особенности межмолекулярных взаимодействий будут изучены более тщательно. “И в конце концов мы попытаемся соединить молекулярные устройства разного вида в одну сложную систему, которая сможет выполнять вычисления, подобные вычислениям, которые способны производить обычные электронные устройства” – пишут исследователи.