Forskare vid University of Pittsburgh har uppfunnit en ny typ av elektronisk switch som utför elektroniska logiska funktioner inom en enda molekyl. Införlivandet av sådana enkelmolekylära element skulle kunna möjliggöra mindre, snabbare, och mer energieffektiv elektronik. Forskningsresultaten, stöds av ett anslag på 1 miljon dollar från W.M. Keck Foundation, publicerades online i 14 november numret av Nanobokstäver .
"Denna nya switch är överlägsen befintliga enmolekylära koncept, " sa Hrvoje Petek, huvudforskare och professor i fysik och kemi vid Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences och meddirektör för Petersen Institute for NanoScience and Engineering (PINSE) i Pitt. "Vi lär oss hur man reducerar elektroniska kretselement till enstaka molekyler för en ny generation av förbättrad och mer hållbar teknik."
Omkopplaren upptäcktes genom att experimentera med rotationen av ett triangulärt kluster av tre metallatomer som hålls samman av en kväveatom, som är helt innesluten i en bur som helt består av kolatomer. Petek och hans team fann att metallklustren inkapslade i en ihålig kolbur kan rotera mellan flera strukturer under stimulering av elektroner. Denna rotation förändrar molekylens förmåga att leda en elektrisk ström, därigenom växla mellan flera logiska tillstånd utan att ändra kolburens sfäriska form. Petek säger att detta koncept också skyddar molekylen så att den kan fungera utan påverkan från yttre kemikalier.
På grund av deras konstanta sfäriska form, prototypen av molekylära switchar kan integreras som atomliknande byggstenar på storleken en nanometer (100, 000 gånger mindre än diametern på ett människohår) till massivt parallella datorarkitekturer.
Prototypen demonstrerades med användning av en Sc3N@C80-molekyl inklämd mellan två elektroder bestående av ett atomärt platt kopparoxidsubstrat och en atomär vass volframspets. Genom att applicera en spänningspuls, den liksidiga triangelformade Sc3N kunde roteras förutsägbart bland sex logiska tillstånd.
Forskningen leddes av Petek i samarbete med kemister vid Leibnitz Institute for Solid State Research i Dresden, Tyskland, och teoretiker vid University of Science and Technology of China i Hefei, Folkrepubliken Kina. Experimenten utfördes av postdoktorn Tian Huang och forskarassistent Min Feng, både i Pitts institution för fysik och astronomi.
