27 июня 2018

Переключающиеся молекулы

Международная исследовательская группа, возглавляемая физиками из Мюнхенского технического университета, работа которой опубликована в журнале «Американское химическое сообщество», разработала молекулы, которые могут переключаться между двумя структурно различными состояниями с использованием приложенного напряжения. Такие нановыключатели могут служить основой для новаторского класса устройств, которые могли бы заменить компоненты на основе кремния органическими молекулами.

Разработка новых электронных технологий ведет к непрерывному уменьшению размеров функциональных компонентов. В контексте международных совместных усилий группа физиков из Мюнхенского технического университета успешно «развернула» одну молекулу в качестве переключающего элемента для световых сигналов.

«Переключение с помощью одной молекулы приближает будущую электронику на один шаг ближе к пределу миниатюризации», — комментирует ученый-физик Йоахим Рейхерт физического факультета Мюнхенского технического университета.

Различная структура — различные оптические свойства

Первоначально команда разработала метод, который позволил им создавать точные электрические контакты с молекулами в сильных оптических полях и управлять ими с использованием приложенного напряжения. При разности потенциалов около одного вольта молекула меняет свою структуру: она становится плоской, проводящей и рассеивает свет.

Это оптическое поведение, которое отличается в зависимости от структуры молекулы, весьма интересно для исследователей, поскольку активность рассеяния — эффект Рамана в этом случае — может наблюдаться одновременно и в то же время включаться и выходить через приложенное напряжение.

Технология, бросающая вызов

Исследователи используют молекулы, синтезированные командами из Базеля и Карлсруэ. Заряженные молекулы могут менять свою структуру особым образом. Они располагаются на поверхности металла и соприкасаются при помощи фрагмента стекла с очень тонким металлическим покрытием.

Это служит электрическим контактом, источником и накопителем света — все в одном. Исследователи использовали фрагмент для направления лазерного излучения к молекуле и измерили крошечные спектральные сигналы, которые изменялись в зависимости от приложенного напряжения.

Электрический контакт отдельных молекул чрезвычайно сложен с технической точки зрения. Ученые успешно объединили эту процедуру с одномолекулярной спектроскопией, что позволило им с большой точностью наблюдать даже самые незначительные структурные изменения в молекулах.

Соревнование с кремнием

Одной из целей молекулярной электроники является разработка новых устройств, которые могут заменить традиционные компоненты на основе кремния с использованием интегрированных и непосредственно контролируемых молекул.

Благодаря своим крошечным размерам эта наносистема подходит для применения в оптоэлектронике, в которой свет необходимо переключать с использованием изменений электрического потенциала.