Computer harde schijven van de toekomst zouden kunnen bestaan ​​uit slimme moleculen.

Onderzoekers hebben een 'schakelaar' met een enkel molecuul ontdekt die kan werken als een transistor en die de mogelijkheid biedt om binaire informatie op te slaan, zoals de enen en nullen die worden gebruikt in klassieke informatica.

Het molecuul is ongeveer vijf vierkante nanometer groot. Dit betekent dat er meer dan een miljard van zouden passen op de doorsnede van een mensenhaar.

Het internationale team van wetenschappers achter de doorbraak gelooft dat moleculen zoals de moleculen die ze hebben ontdekt een informatiedichtheid kunnen bieden van ongeveer 250 terabit per vierkante inch, wat ongeveer 100 keer de opslagdichtheid is van de huidige harde schijven.

Hoewel de onderzoekers niet verwachten dat de specifieke moleculen die ze ontdekten in echte harde schijven zullen worden gebruikt, de studie is een belangrijk proof-of-concept dat ons dichter bij de dappere nieuwe wereld van echte moleculaire elektronica brengt.

In de studie, moleculen van een organisch zout kunnen worden geschakeld met behulp van een kleine elektrische input om ofwel helder of donker te lijken, wat binaire informatie oplevert. Cruciaal, deze informatie kan worden geschreven, gelezen en gewist, bij kamertemperatuur en bij normale luchtdruk. Dit zijn belangrijke kenmerken voor de praktische toepassing van de moleculen in computeropslagapparaten. Het meeste eerdere onderzoek naar moleculaire elektronica voor vergelijkbare toepassingen is uitgevoerd in vacuüm en bij zeer lage temperaturen.

Dr. Stijn Mertens, Senior docent elektrochemische oppervlaktewetenschap aan de Lancaster University en hoofdonderzoeker van de studie, zei:"Er is een hele lijst van eigenschappen die een molecuul moet bezitten om bruikbaar te zijn als moleculair geheugen. Behalve dat het onder omgevingsomstandigheden in beide richtingen schakelbaar is, het moet lange tijd stabiel zijn in de lichte en donkere staat, en vormen ook spontaan zeer geordende lagen die slechts één molecuul dik zijn, in een proces dat zelfassemblage wordt genoemd. Het onze is het eerste voorbeeld dat al deze eigenschappen in hetzelfde molecuul combineert."

Bij laboratoriumexperimenten, het onderzoeksteam gebruikte kleine elektrische pulsen in een scanning tunneling-microscoop om individuele moleculen van helder naar donker te schakelen. Ze waren ook in staat om de informatie achteraf te lezen en te wissen, met een druk op de knop.

Tijdens het wisselen, de elektrische puls verandert de manier waarop het kation en het anion in het organische zout op elkaar worden gestapeld, en deze stapeling zorgt ervoor dat het molecuul helder of donker lijkt. Afgezien van het schakelen zelf, ook de spontane ordening van de moleculen is cruciaal:door zelfassemblage, ze vinden hun weg naar een sterk geordende structuur (een tweedimensionaal kristal), zonder de noodzaak van dure fabricagetools zoals het geval is in de momenteel gebruikte elektronica.

"Omdat chemie ons in staat stelt om moleculen met geavanceerde functies in enorme aantallen en met atomaire precisie te maken, moleculaire elektronica kan een mooie toekomst tegemoet gaan, " zegt dr. Mertens.