Ученые из Колумбийского университета продемонстрировали способность небольших молекулярных кластеров на основе сульфида кобальта обратимо переключаться из электропроводного в практически изолирующее состояние при комнатной температуре. Это значительно отличает разработку от похожих попыток создать транзисторы на основе одной или нескольких молекул. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Производители полупроводниковых чипов постоянно уменьшают размеры элементов в них. Это делается в первую очередь для повышения энергоэффективности и производительности устройств. В последнее время размеры элементов в самых современных процессорах уже измеряются несколькими нанометрами, и существуют прототипы устройств, состоящих всего из нескольких атомов или молекул.

Ключевая особенность транзисторов, из-за которой они используются повсеместно — возможность «включения» и «отключения». Это достигается за счет того, что транзистор может на несколько порядков менять электропроводность. Проблемой большинства прототипов молекулярных транзисторов является то, что они не обеспечивают достаточных для транзистора характеристик, не работают при комнатной температуре или их сложно производить в большом количестве с одинаковыми характеристиками.

Американские исследователи создали транзистор, состоящий из молекулярного кластера состава Co6E8L6, в котором Co — кобальт, E -селен или сера, а L — органические лиганды, окружающие ядро кластера, и связывающие его с электродами. В качестве электродов ученые использовали золото. Исследователи выяснили, что если приложить к кластеру малое напряжение смещения, он практически не будет проводить ток. Однако, если повысить напряжение, электронные орбитали в кластере становятся «открыты», и электроны могут перемещаться через кластер от одного электрода к другому.

Строение кластера и схема транзистора. Giacomo Lovat et al. / Nature Nanotechnology, 2017

Ученые измерили разницу в проводимости между «включенным» и «выключенным» состоянии, и выяснили, что во втором случае электропроводность транзистора более чем в 600 раз выше. Исследователи планируют в дальнейшем работать над повышением этого показателя, а также будут использовать кластеры другого состава.

Другие ученые также активно работают над миниатюризацией транзисторов. К примеру, в прошлом году американские физики создали транзистор с рекордно малым затвором — всего один нанометр. А совсем недавно IBM объявила об успешной разработке пятинанометрового техпроцесса для производства чипов.

Автор: Григорий Копиев