Een team van onderzoekers heeft voor het eerst een elektreet met één molecuul gedemonstreerd - een apparaat dat een van de sleutels zou kunnen zijn tot moleculaire computers.

Kleinere elektronica is cruciaal voor de ontwikkeling van geavanceerdere computers en andere apparaten. Dit heeft geleid tot een duw in de richting van het vinden van een manier om siliciumchips te vervangen door moleculen, een inspanning die het creëren van single-molecule electret omvat - een schakelapparaat dat zou kunnen dienen als een platform voor extreem kleine niet-vluchtige opslagapparaten. Omdat het leek alsof zo'n apparaat zo onstabiel zou zijn, echter, velen in het veld vroegen zich af of er ooit een zou kunnen bestaan.

Samen met collega's van Nanjing University, Renmin-universiteit, Xiamen-universiteit, en Rensselaer Polytechnisch Instituut, Mark Reed, de Harold Hodgkinson hoogleraar Electrical Engineering &Applied Physics demonstreerde een single-molecuul elektreet met een functioneel geheugen. De resultaten werden op 12 oktober gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

De meeste elektreten zijn gemaakt van piëzo-elektrische materialen, zoals degene die het geluid in luidsprekers produceren. In een elektreet, alle dipolen - paren van tegengestelde elektrische ladingen - staan ​​spontaan in dezelfde richting. Door een elektrisch veld aan te leggen, hun richtingen kunnen worden omgekeerd.

"De vraag is altijd geweest hoe klein je deze elektreten kon maken, die in wezen geheugenopslagapparaten zijn, ' zei Riet.

De onderzoekers stopten een atoom van Gadolinium (Gd) in een koolstof-buckyball, een 32-zijdig molecuul, ook bekend als een buckminsterfullereen. Toen de onderzoekers dit construct (Gd@C82) in een transistorachtige structuur plaatsten, ze observeerden enkelvoudig elektronentransport en gebruikten dit om de energietoestanden ervan te begrijpen. Echter, de echte doorbraak was dat ze ontdekten dat ze een elektrisch veld konden gebruiken om de energietoestand van de ene stabiele toestand naar de andere te schakelen.

"Wat er gebeurt, is dat dit molecuul zich gedraagt ​​alsof het twee stabiele polarisatietoestanden heeft, " zei Reed. Hij voegde eraan toe dat het team verschillende experimenten heeft uitgevoerd, het meten van de transportkarakteristieken tijdens het aanleggen van een elektrisch veld, en de toestanden heen en weer schakelen. "We hebben laten zien dat we er een herinnering aan konden maken - lees, schrijven, lezen, schrijven, " hij zei.

Reed benadrukte dat de huidige apparaatstructuur momenteel voor geen enkele toepassing praktisch is, maar bewijst dat de onderliggende wetenschap erachter mogelijk is.

"Het belangrijkste hierin is dat het laat zien dat je in een molecuul twee toestanden kunt creëren die de spontane polarisatie veroorzaken en twee schakelbare toestanden, " zei hij. "En dit kan mensen op ideeën brengen dat je het geheugen misschien letterlijk kunt verkleinen tot op een enkel moleculair niveau. Nu we begrijpen dat we dat kunnen, we kunnen er meer interessante dingen mee doen."