Механічна пам'ять на основі НЕМС-систем
Свідіненко Юрій (Svidinenko)
Основа механоелектріческой молекулярної
електроніки - молекули, які при дії ззовні можуть змінювати своє електричне
стан або конфігурацію. Дослідники з Каліфорнійського інституту давно
займаються механоелектріческімі системами, на основі яких можна створити низку
НЕМС-актюаторів і механічну пам'ять. Про останні досягнення в цій галузі
вчені доповіли в грудневому випуску журналу Science. У цій статті ми розповімо про
НЕМС-системах, за допомогою яких дослідники сподіваються створити
механоелектріческую пам'ять.
"Сучасна молекулярна електроніка
знаходиться в зародковому стані ", - говорить Амар Флуд, дослідник з
UCLA і автор публікації в Science. - "Необхідно пояснити, що
молекулярна електроніка - це комбінація активних молекул і електронних схем.
Поки ще рано говорити про те, як швидко результати цього весілля з'являться на
ринку, але її внесок у розвиток науки вже очевидна ".
Рис. 1. Типи молекулярних елеваторів
Одне з перших застосувань молекулярних
машин, які вже виготовлені вченими, - механоелектріческая пам'ять. Перші
спроби створити з окремих молекул механічні системи були зроблені
Флуд, Стоддарт і їх командою ще у 1996 році. У середині 2004 їм вдалося
створити молекулярний елеватор - НЕМС-систему, яка складається з стрижня і
молекули-ліфта. При подачі електричного потенціалу на елеватор молекула-ліфт
пересувалася уздовж стрижня. Напрямок руху елеватора можна було
змінити, перемкнувши полярність активуючого потенціалу. Різні типи
елеваторів можна побачити на рис.1. Потрібно відзначити, що ця НЕМС-система
активується не тільки електрикою, а й світловий енергією, а також
певними хімічними каталізаторами. Як ліфта в системі 1 типу
вчені використовували молекулу правильного ротаксана; в 2-й - молекулу Катена;
і в 3-й - молекулу псевдоротаксана.
Рис. 2. Активація молекул ротаксана і
Катена
Ці молекули особливі тим, що при захопленні
молекулою електрона вона може змінити свій енергетичний потенціал, а
перебуваючи в складі наносистеми - змінити положення в просторі. Так,
ротаксани в наносистемах рухаються лінійно, у той час як Катена обертаються
навколо осі стрижня, на якому знаходяться (див. рис. 2).
Цей же принцип використовувався
дослідниками при конструюванні пам'яті. Як говорить Флуд, вони
спроектували 64-бітну RAM-пам'ять на основі НЕМС-осередків, що використовують ротаксани. При цьому
розміри нової пам'яті б'ють рекорди, встановлені законом Мура.
Рис. 3. Модель молекулярної пам'яті на
основі молекул ротаксанов
Флуд і Стоддарт вже створили елементарну
комірку пам'яті, яка перемикається в логічне стан 1 і 0 при подачі на
неї електричного потенціалу. На рис. 3. можна бачити принцип дії нової
НЕМС-пам'яті.
"Коли ми подали позитивний
імпульс на клітинку, молекула ротаксана пересунулася в стан 1, а коли ми
змінили полярність напруги, вона перемістилася до положення, що означає
0 ", - сказав Стоддарт. -" Ми перевірили роботу пристрою, змусивши
його тривало перемикатися. При цьому ми змогли змінювати швидкість перемикання!
Ми змінювали частоту перемикання від 10000 раз на 1 секунду до 10 разів. При цьому, коли молекули знаходилися
в різних середовищах, швидкість перемикання також змінювалася, "- говорить
Стоддарт.
Найцікавіше в дослідженні полягає в
те, що, використовуючи різні полімери як основу для переміщення
ротаксанов, вчені домоглися зміни кольору молекули (тобто зміна в
випромінює світло). У досвіді використовувалися перемикачі з червоного на зелений.
За словами Стоддарт, нові пристрої можуть працювати навіть у дисплеях! При цьому
дисплеї будуть механічними, тобто принципово новими для сучасної
комп'ютерної промисловості! Але, звичайно, до створення тільки прототипів таких
пристроїв ще далеко - від трьох до п'яти років.
"Ми дуже пишаємося тим, що нам
вдалося створити принципово нові наносистеми. Я думаю, що це один із кроків до
того, що називають молекулярною виробництвом ", - закінчив Стоддарт.
Список літератури
1.
Nanotechnology-Now: Rapid Progress Reported In Emerging Field Of Molecular Electronics
2.
Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics
3.
Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics
