Ett internationellt team med kopplingar till UCF har tagit sig an en utmaning som kan förebåda en ny era av datorer med ultrahög densitet.

I flera år har ingenjörer och forskare runt om i världen försökt göra mindre och snabbare elektronik. Men kraften som behövs för dagens design tenderar att överhettas och steka kretsarna. Kretsar byggs vanligtvis genom att en diodomkopplare kopplas i serie med ett minneselement, kallas ett diod-ett-motstånd. Men detta tillvägagångssätt kräver stora spänningsfall över enheten, vilket översätts till hög effekt, och hindrar krympande kretsar bortom en viss punkt eftersom två separata kretselement krävs. Många team arbetar med att kombinera dioden och motståndet till en enda enhet.

Dessa en-till-en molekylära switchar är fantastiska alternativ, men de har också varit begränsade till att endast utföra en funktion och även då, de var ofta fyllda av problem inklusive instabila elektriska spänningsvariationer och begränsade livslängder.

Det internationella laget, ledd av Christian Nijhuis från National University of Singapore och med medförfattarna Damien Thompson vid University of Limerick och Enrique del Barco University of Central Florida, gjorde genombrottet i detalj den 1 juni i den peer-reviewade tidskriften Naturmaterial .

Teamet skapade en ny typ av molekylär switch som fungerar som både en diod och ett minneselement. Enheten är 2 nanometer tjock, längden av en enda molekyl (10, 000 gånger mindre än hårets bredd), och kräver endast en låg drivspänning på mindre än 1 volt.

"Samhället går snabbt framåt när det gäller att identifiera nya applikationer för elektroniska enheter i molekylär skala, säger Del Barco, en professor som är specialiserad på kvantfysik. "Detta arbete kan hjälpa till att påskynda utvecklingen av ny teknik som involverar artificiella synapser och neurala nätverk."

Nijhuis, som är specialiserad på kemi, ledde laget. Damien Thompson från University of Limerick tillhandahöll beräkningsteoretisk expertis och del Barco och hans team av studenter och labbforskare stod för den teoretiska analysen.

Hur det fungerar

Den molekylära switchen fungerar i en tvåstegsmekanism där den injicerade laddningen stabiliseras genom migrering av laddade joner mellan molekylerna och enhetens yta. Det är möjligt genom att binda molekylerna i par. Genom att använda en kombination av elektriska mätningar och mätningar i atomskala styrda av kvantmekanik, teamet hittade en sweet spot mellan stabilitet och switchförmåga som gav det dubbla dioden + minnesresistiva RAM-minnet i mikroskopisk skala, enligt tidningen.

"Det finns fortfarande vissa utmaningar och mer arbete på detta område behövs, men detta är ett betydande genombrott, " säger Nijhuis.