Сокращение размеров электронных компонентов, из которых состоят схемы всех современных чипов, неуклонно начинает приближаться к пределам, по достижению которых дальнейшая миниатюризация станет невозможной из-за ряда ограничений физического плана. И для дальнейшего развития электроники потребуются новые материалы и новые принципы, наиболее перспективными из которых являются нанотехнологии и молекулярная электроника. Не так давно ученым из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), Германия, удалось совершить достаточно большой шаг на пути развития молекулярной электроники, они создали новый молекулярный переключатель, который отличается особо четким срабатыванием, фиксируясь только в заданном (включенном или выключенном) положении. Кроме этого, ресурс этого переключателя практически бесконечен, он, в отличие от других подобных устройств, без потери функциональности может срабатывать сколь угодно большое количество раз.

«Замена обычных кремниевых электронных компонентов их молекулярными аналогами позволит сократить размеры будущих электронных схем минимум в 100 раз» – рассказывает Лукаш Герхард (Lukas Gerhard), ученый из института Нанотехнологий KIT, – «Это открывает перед нами достаточно широкое поле для создания сверхминиатюрной электроники следующего поколения».

Базовая структура нового молекулярного переключателя состоит из нескольких атомов углерода. Три атома формируют своего рода «ноги», на которых переключатель «стоит» на гладкой золотой поверхности. «Рычагом» переключателя является нитриловая группа, в центре которой находится атом азота. Изменение состояния переключателя происходит под воздействием прикладываемого к нему электрического потенциала определенной полярности и величины, которое взаимодействует с электрическим зарядом атома азота. В данном случае в роли второго электрода переключателя и управляющего элемента выступал наконечник сканирующего туннельного микроскопа, но в практическом устройстве эту роль может выполнять и стационарный электрод, изготовленный из металла, того же золота, к примеру.

Размер структуры молекулярного переключателя не превышает одного нанометра. Для сравнения, размеры самых маленьких элементов кремниевых электронных компонентов, используемых в полупроводниковой электронике, составляют порядка 10 нанометров. Но не малые габариты молекулярного переключателя являются его основными достоинствами. Самым главным является высокая надежность его работы, прикладываемое к структуре переключателя воздействие всегда приводит к изменению его состояния, к замкнутому или разомкнутому состоянию его контакта. Для сравнения, другие подобные молекулярные переключатели не всегда срабатывали со столь высокой надежностью из-за недостаточной управляемости положением отдельных молекул или их частей. Кроме этого, новый переключатель может срабатывать сколь угодно большое количество раз, ведь в его структуре не наблюдается никаких остаточных деформаций.

Создание нового молекулярного переключателя стало возможным благодаря использованию самых последних достижений в области синтетической химии, которые позволяют синтезировать молекулы со строго заданной формой и взаимным расположением входящих в них атомов.

«Используя методы синтетической химии, мы сможем создать миллиарды видов "стандартных блоков», являющихся молекулярными аналогами традиционных электронных компонентов« – рассказывает Лукаш Герхард, – "И структура этих компонентов будет рассчитана таким образом, что они смогут работать сколь угодно долго и с высокой надежностью, без любых повреждений и нарушений их целостности».