Международная исследовательская группа под руководством физиков Мюнхенского технического университета (TUM) разработала молекулы, которые можно переключать между двумя структурно различными состояниями с помощью приложенного напряжения. Такие нанопереключатели могут стать основой для новаторского класса устройств, которые смогут заменить компоненты на основе кремния органическими молекулами.
Развитие новых электронных технологий ведет к постоянному уменьшению размеров функциональных компонентов. В рамках международных совместных усилий группа физиков Мюнхенского технического университета успешно применила единственную молекулу в качестве переключающего элемента для световых сигналов.
«Переключение с помощью всего лишь одной молекулы приближает будущую электронику к предельному пределу миниатюризации», - говорит наноученый Йоахим Райхерт с физического факультета Мюнхенского технического университета.
Другая структура - разные оптические свойства
Команда первоначально разработала метод, который позволял им создавать точные электрические контакты с молекулами в сильных оптических полях и управлять ими с помощью приложенного напряжения. При разности потенциалов около одного вольта молекула меняет свою структуру: становится плоской, проводящей и рассеивающей свет.
Это оптическое поведение, которое различается в зависимости от структуры молекулы, весьма интересно для исследователей, поскольку рассеивающую активность - в данном случае рамановское рассеяние - можно как наблюдать, так и одновременно включать и выключается приложенным напряжением.
Сложная технология
Исследователи использовали молекулы, синтезированные группами из Базеля и Карлсруэ. Молекулы могут определенным образом изменять свою структуру, когда они заряжены. Они располагаются на металлической поверхности и контактируются с использованием в качестве наконечника уголка осколка стекла с очень тонким металлическим покрытием.
Он служит электрическим контактом, источником света и коллектором света, все в одном. Исследователи использовали фрагмент, чтобы направить лазерный луч на молекулу и измерить крошечные спектроскопические сигналы, которые изменяются в зависимости от приложенного напряжения.
Электрическое соединение отдельных молекул чрезвычайно сложно с технической точки зрения. Сейчас ученые успешно совместили эту процедуру со спектроскопией одиночных молекул, что позволяет им с большой точностью наблюдать даже мельчайшие структурные изменения в молекулах.
Конкуренция за кремний
Одной из целей молекулярной электроники является разработка новых устройств, которые могут заменить традиционные компоненты на основе кремния, используя интегрированные и непосредственно управляемые молекулы.
Благодаря своим крошечным размерам эта наносистема подходит для приложений в оптоэлектронике, в которых свет должен переключаться с помощью изменений электрического потенциала.