Исследователи из Японии и Швейцарии продемонстрировали возможность связывания между собой отдельных молекул с помощью проводящих ток молекулярных проводов. Новая методика, получившая название «химическая пайка» («chemical soldering»), является шагом вперед в создании молекулярной электроники.

Принципиальная возможность создания альтернативных электрических сетей и электронных устройств на основе молекул.

Еще в 1974 Марк Ратнер (Mark Ratner) и Ариех Авирам (Arieh Aviram) из IBM описали, как отдельная молекула может пропускать электрический ток в одном направлении, действуя как диод, затем были предложены модели, в соответствии с которыми молекулы могут играть роль других элементов электронных схем – переключателей и транзисторов. Теоретически, созданные из молекул электронные схемы должны отличаться меньшим размером и потреблять меньше энергии, чем их кремниевые аналоги.

Рис. 1. Созданные из молекул электронные схемы
должны потреблять меньше энергии, чем их
кремниевые аналоги. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011,
DOI: 10.1021/ja111673×).

Главная проблема, связанная с практическим созданием и использованием молекулярных электронных устройств связана, в первую очередь, со сложностью объединения молекул в электронную схему. Ранее предпринимались попытки связывать молекулы с помощью металлических проводов, однако, такой подход очень сложен из-за необходимости тщательного контроля толщины таких проводов. Альтернативное решение проблемы – связывание молекул с помощью проводящих полимеров, нот до настоящего времени было возможно объединить с помощью молекулярных проводов лишь ограниченное количество молекул.

Юджи Окава (Yuji Okawa) с соавторами разработал метод, позволяющий объединять в электронные схемы отдельные молекулы. Исследователи из группы Окава использовали в качестве исходного субстрата мономолекулярную пленку из диацетилена, нанесенного на графитовую подложку. Затем на этот субстрат исследователи наносили небольшое количество фталоцианина, образовывавшего на поверхности субстрата нанокластеры. На заключительном этапе исследователи переместили щуп сканирующего туннельного микроскопа к одной молекуле фталоцианина и, подав на щуп пульсирующее напряжение, инициировали цепную полимеризацию диацетилена, в результате чего образовался полимерный нанопровод, который можно дотянуть до другой молекулы фталоцианина. Фталоцианин применяется в качестве красителей, а также в составах для изготовления органических полупроводников и солнечных батарей. Исследователи из группы Окава считают, что созданная ими система будет вести себя как диод.

Роберт Стадлер (Robert Stadler), эксперт по молекулярной электронике из Университета Вены считает, что метод химической пайки однозначно является прорывом, хотя и не стоит ожидать и в скором времени выхода устройств из молекулярной электроники на рынок.

Окава отмечает, что в ближайших планах его исследовательской группы проверка возможности работы молекул фталоцианина в качестве диодов, а также попытка связать в единое целое и другие молекулы, в то время как стратегическая цель – получить с помощью химической пайки полноценно работающую электронную схему, состоящую только из молекул и молекулярных проводов.