Исследователи из Университета Питтсбурга разработали новый тип электронного переключателя – молекулу, способную выполнять функции логического устройства. Использование таких молекулярных логических элементов электронных схем может привести к созданию меньших по размеру, более эффективных и быстродействующих электронных схем.

Рис. 1. Молекулярный переключатель был
обнаружен в ходе экспериментов с вращением
треугольного триметаллического кластера,
инкапсулированного в клетку фуллерена. (Рисунок
из Nano Lett., 2011, DOI: 10.1021/nl2028409).

Руководитель исследования, Хрвойе Петек (Hrvoje Petek) отмечает, что новый переключатель превосходит по показателям существующие в настоящее время молекулярные логические устройства, а принципы, установленные в процессе его изучения, позволяют определить, какими правилами нужно руководствоваться, чтобы создать новое поколение более эффективно работающих молекулярных электронных устройств.

Молекулярный переключатель был обнаружен в ходе экспериментов с вращением треугольного триметаллического кластера, атомы металла в связаны с атомом азота, инкапсулированного в клетку фуллерена.

Петек с соавторами обнаружил, что металлсодержащие кластеры, инкапсулированные в полую клетку из атомов углерода, могут вращаться, принимая одно из нескольких возможных положений, в результате стимуляции электронами.

Такое вращение меняет способность системы проводить электрический ток, что позволяет переключаться между несколькими логическими состояниями; форма фуллереновой капсулы при этом сохраняется. Петек отмечает, что помимо прочих преимуществ новая концепция отличается от существующих в выгодную сторону еще и тем, что клетка фуллерена защищает металлический кластер от внешнего воздействия, и он не будет разрушен внешней агрессивной средой.

Благодаря форме, приближающейся к сферической, прототипы молекулярных переключателей могут быть интегрированы в наноразмерные молекулярные электронные системы для создания параллельно работающих вычислительных архитектур.

Работа устройства была продемонстрирована на примере молекулы Sc₃NaC₈₀, вложенной между двумя субстратами, один из которых представлял собой идеально плоский субстрат из оксида меди, а другой – острый щуп из вольфрама. Приложение напряжение приводит к тому, что равносторонний треугольный кластер Sc₃N может вращаться, принимая шесть предсказанных логических состояний.