En bild av de smarta molekylära omkopplarna som ses med ett scanningstunnelmikroskop. Varje ljus fyrkant är en enda switch.(Ren version) Kredit:Dr Kunal Mali, KU Leuven
Framtidens datorhårddiskar kan bestå av smarta molekyler.
Forskare har upptäckt en "switch" för en enda molekyl som kan fungera som en transistor och som erbjuder potential att lagra binär information - som 1:or och 0:or som används i klassisk datoranvändning.
Molekylen är cirka fem kvadratnanometer stor. Det betyder att mer än en miljard av dem skulle passa in i tvärsnittet av ett människohår.
Det internationella teamet av forskare bakom genombrottet tror att molekyler som de de har upptäckt kan erbjuda informationstäthet på cirka 250 terabit per kvadrattum – vilket är cirka 100 gånger lagringstätheten för nuvarande hårddiskar.
Även om forskarna inte förväntar sig att de speciella molekylerna de upptäckt kommer att användas i riktiga hårddiskar, studien är ett viktigt proof of concept som för oss närmare den modiga nya världen av äkta molekylär elektronik.
I studien, molekyler av ett organiskt salt kan ändras med hjälp av en liten elektrisk ingång för att se antingen ljusa eller mörka ut – vilket ger binär information. Avgörande, denna information kan skrivas, läst och raderat, vid rumstemperatur och vid normala lufttryck. Dessa är viktiga egenskaper för praktisk tillämpning av molekylerna i datorlagringsenheter. Den mesta tidigare forskningen om molekylär elektronik för liknande tillämpningar har utförts i vakuum och vid mycket låga temperaturer.
En bild av de smarta molekylära omkopplarna som ses med ett scanningstunnelmikroskop. Varje ljus ruta är en enda switch (version markerad som visar hur de ljusa och mörka fyrkanterna kan användas för att tillhandahålla binär information) Kredit:Dr Kunal Mali, KU Leuven
Dr Stijn Mertens, Universitetslektor i elektrokemisk ytvetenskap vid Lancaster University och ledande forskare i studien, sa:"Det finns en hel lista med egenskaper som en molekyl måste ha för att vara användbar som ett molekylärt minne. Förutom att det är omkopplingsbart i båda riktningarna under omgivningsförhållanden, den måste vara stabil under lång tid i ljust och mörkt tillstånd, och även spontant bildar högordnade lager som bara är en molekyl tjocka, i en process som kallas självmontering. Vårt är det första exemplet som kombinerar alla dessa egenskaper i samma molekyl."
I laboratorieförsök, forskargruppen använde små elektriska pulser i ett skanningstunnelmikroskop för att växla enskilda molekyler från ljusa till mörka. De kunde också läsa och radera informationen efteråt, med en knapptryckning.
Den molekylära switchens struktur. Kredit:Dr Kunal Mali, KU Leuven
Under bytet, den elektriska pulsen förändrar hur katjonen och anjonen i det organiska saltet staplas ihop, och denna stapling gör att molekylen ser antingen ljus eller mörk ut. Förutom själva bytet, också den spontana ordningen av molekylerna är avgörande:genom självmontering, de hittar in i en högordnad struktur (en tvådimensionell kristall), utan behov av dyra tillverkningsverktyg som är fallet i elektronik som används idag.
"Eftersom kemi tillåter oss att göra molekyler med sofistikerade funktioner i enorma antal och med atomär precision, molekylär elektronik kan ha en mycket ljus framtid, " säger Dr Mertens.
