Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Ett team av forskare har för första gången demonstrerat en elektret med en molekyl – en enhet som kan vara en av nycklarna till molekylära datorer.
Mindre elektronik är avgörande för att utveckla mer avancerade datorer och andra enheter. Detta har lett till en push på fältet för att hitta ett sätt att ersätta kiselchips med molekyler, en satsning som inkluderar att skapa en molekylär elektret – en växlingsenhet som skulle kunna fungera som en plattform för extremt små icke-flyktiga lagringsenheter. Eftersom det verkade som att en sådan enhet skulle vara så instabil, dock, många i fältet undrade om en någonsin skulle kunna existera.
Tillsammans med kollegor vid Nanjing University, Renmin University, Xiamens universitet, och Rensselaer Polytechnic Institute, Mark Reed, Harold Hodgkinson-professorn i elektroteknik och tillämpad fysik visade en elektret med en enda molekyl med ett funktionellt minne. Resultaten publicerades 12 oktober in Naturens nanoteknik .
De flesta elektreter är gjorda av piezoelektriska material, som de som producerar ljudet i högtalarna. I en elektret, alla dipolerna – par av motsatta elektriska laddningar – radas spontant upp i samma riktning. Genom att applicera ett elektriskt fält, deras riktningar kan vändas.
"Frågan har alltid handlat om hur små man kan göra dessa elektreter, som i huvudsak är minneslagringsenheter, " sa Reed.
Forskarna infogade en atom av Gadolinium (Gd) inuti en kol-buckyball, en 32-sidig molekyl, även känd som en buckminsterfulleren. När forskarna sätter denna konstruktion (Gd@C82) i en struktur av transistortyp, de observerade enstaka elektrontransport och använde detta för att förstå dess energitillstånd. Dock, det verkliga genombrottet var att de upptäckte att de kunde använda ett elektriskt fält för att byta energitillstånd från ett stabilt tillstånd till ett annat.
"Vad som händer är att den här molekylen agerar som om den hade två stabila polarisationstillstånd, " sa Reed. Han tillade att laget körde en mängd olika experiment, mäta transportegenskaperna samtidigt som ett elektriskt fält appliceras, och växla tillstånd fram och tillbaka. "Vi visade att vi kunde göra ett minne av det - läs, skriva, läsa, skriva, " han sa.
Reed betonade att den nuvarande enhetsstrukturen för närvarande inte är praktisk för någon applikation, men bevisar att den bakomliggande vetenskapen bakom är möjlig.
"Det viktiga i detta är att det visar att du kan skapa i en molekyl två tillstånd som orsakar den spontana polariseringen och två omkopplingsbara tillstånd, " sade han. "Och detta kan ge människor idéer om att du kanske kan krympa minnet bokstavligen till den enda molekylära nivån. Nu när vi förstår att vi kan göra det, vi kan gå vidare och göra mer intressanta saker med den."