Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh hebben een nieuw type elektronische schakelaar uitgevonden die elektronische logische functies uitvoert binnen een enkel molecuul. De opname van dergelijke elementen met één molecuul zou kleinere, sneller, en energiezuinigere elektronica. De onderzoeksresultaten, ondersteund door een subsidie ​​van $ 1 miljoen van de W.M. Stichting Keck, werden online gepubliceerd in het nummer van 14 november van Nano-letters .

"Deze nieuwe schakelaar is superieur aan bestaande concepten met één molecuul, " zei Hrvoje Petek, hoofdonderzoeker en hoogleraar natuurkunde en scheikunde aan de Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences en mededirecteur van het Petersen Institute for NanoScience and Engineering (PINSE) in Pitt. "We leren hoe we elektronische circuitelementen kunnen reduceren tot afzonderlijke moleculen voor een nieuwe generatie verbeterde en duurzamere technologieën."

De schakelaar werd ontdekt door te experimenteren met de rotatie van een driehoekige cluster van drie metaalatomen die bij elkaar worden gehouden door een stikstofatoom, die volledig is ingesloten in een kooi die volledig uit koolstofatomen bestaat. Petek en zijn team ontdekten dat de metalen clusters ingekapseld in een holle koolstofkooi tussen verschillende structuren konden roteren onder stimulatie van elektronen. Deze rotatie verandert het vermogen van het molecuul om een ​​elektrische stroom te geleiden, daardoor schakelen tussen meerdere logische toestanden zonder de bolvorm van de koolstofkooi te veranderen. Petek zegt dat dit concept ook het molecuul beschermt, zodat het kan functioneren zonder invloed van externe chemicaliën.

Door hun constante bolvorm, de prototype moleculaire schakelaars kunnen worden geïntegreerd als atoomachtige bouwstenen ter grootte van één nanometer (100, 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar) in enorm parallelle computerarchitecturen.

Het prototype werd gedemonstreerd met behulp van een Sc3N@C80-molecuul ingeklemd tussen twee elektroden bestaande uit een atomair vlak koperoxidesubstraat en een atomair scherpe wolfraamtip. Door een spanningspuls toe te passen, de gelijkzijdige driehoekige Sc3N kon voorspelbaar worden geroteerd tussen zes logische toestanden.

Het onderzoek werd geleid door Petek in samenwerking met chemici van het Leibnitz Institute for Solid State Research in Dresden, Duitsland, en theoretici aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei, Volksrepubliek China. De experimenten werden uitgevoerd door postdoctoraal onderzoeker Tian Huang en onderzoeksassistent professor Min Feng, zowel in Pitt's Department of Physics and Astronomy.