Een internationaal team met banden met UCF is een uitdaging aangegaan die een nieuw tijdperk van ultra-high-density computing zou kunnen inluiden.

Al jaren proberen ingenieurs en wetenschappers over de hele wereld kleinere en snellere elektronica te maken. Maar de kracht die nodig is voor het ontwerp van vandaag heeft de neiging om oververhit te raken en de circuits te braden. Circuits worden over het algemeen gebouwd door een diodeschakelaar in serie te schakelen met een geheugenelement, een diode-een-weerstand genoemd. Maar deze benadering vereist grote spanningsdalingen over het apparaat, wat zich vertaalt in een hoog vermogen, en belemmert krimpende circuits voorbij een bepaald punt omdat twee afzonderlijke circuitelementen nodig zijn. Veel teams werken aan het combineren van de diode en weerstand in één apparaat.

Deze één-op-één moleculaire schakelaars zijn geweldige opties, maar ook zij zijn beperkt gebleven tot het uitvoeren van slechts één functie en zelfs dan, ze waren vaak beladen met problemen, waaronder onstabiele variaties in elektrische spanning en beperkte levensduur.

Het internationale team, onder leiding van Christian Nijhuis van de National University of Singapore en met co-auteurs Damien Thompson van de University of Limerick en Enrique del Barco van de University of Central Florida, maakte de doorbraak gedetailleerd op 1 juni in het peer-reviewed tijdschrift Natuurmaterialen .

Het team creëerde een nieuw type moleculaire schakelaar die zowel als een diode als als een geheugenelement werkt. Het apparaat is 2 nanometer dik, de lengte van een enkel molecuul (10, 000 keer kleiner dan de breedte van het haar), en vereist slechts een lage aandrijfspanning van minder dan 1 Volt.

"De gemeenschap maakt snel vorderingen bij het identificeren van nieuwe toepassingen voor elektronische apparaten op moleculaire schaal, " zegt Del Barco, een professor die gespecialiseerd is in kwantumfysica. "Dit werk kan de ontwikkeling van nieuwe technologieën met kunstmatige synapsen en neurale netwerken helpen versnellen."

Nijhuis, die gespecialiseerd is in scheikunde, leidde het team. Damien Thompson van de Universiteit van Limerick leverde expertise op het gebied van computationele theorie en del Barco en zijn team van studenten en laboratoriumwetenschappers leverden de theoretische analyse.

Hoe het werkt

De moleculaire schakelaar werkt in een tweestapsmechanisme waarbij de geïnjecteerde lading wordt gestabiliseerd door migratie van geladen ionen tussen de moleculen en het oppervlak van het apparaat. Dat wordt mogelijk gemaakt door de moleculen in paren te binden. Met behulp van een combinatie van elektrische metingen en metingen op atomaire schaal geleid door de kwantummechanica, het team vond een goede plek tussen stabiliteit en schakelvermogen die het dubbele diode + geheugenresistief RAM-geheugen op microscopische schaal opleverde, volgens het papier.

"Er zijn nog enkele uitdagingen en er is meer werk nodig op dit gebied, maar dit is een belangrijke doorbraak, ' zegt Nijhuis.