В журнале Journal of the American Chemical Society появилась статья, в которой международная команда ученых заявила о создании самой проводящей органической молекулы в мире. Работу возглавил Кун Ван, физик из Университета Майами, при участии аспирантов и коллег из Технологического института Джорджии и Рочестерского университета. Исследование стало значимым шагом в области молекулярной электроники — направления, которое изучает возможность создания электронных компонентов на основе отдельных молекул.
Сейчас почти все электронные устройства построены на кремниевых чипах. Однако размер таких компонентов уже близок к физическому пределу: электронику трудно дальше миниатюризировать, не теряя в производительности. Как объясняет Ван, за последние десятилетия число транзисторов на чипе удваивалось примерно каждые два года, но возможности кремния почти исчерпаны. Именно поэтому ученые ищут альтернативу — например, молекулы, способные проводить ток без участия металлов или полупроводников.
Созданная ими молекула построена из доступных химических элементов и показывает проводимость на рекордных длинах — десятки нанометров без потерь энергии. По сути, электроны движутся через нее как пуля, не теряя импульса. Впервые удалось добиться такой проводимости в органическом материале. Более того, молекула стабильна при комнатной температуре, дешева в синтезе и подходит для массового производства.
Используя метод STM break-junction, сканирующий туннельный микроскоп с разрывом цепи, исследователи смогли поймать одну молекулу и измерить ее проводимость. По словам аспиранта Мехрдата Шири, новый материал можно внедрить в существующие нанокомпоненты, чтобы соединять разные участки микросхем — как провода или переходники между чипами.
Особенность молекулы не только в эффективности, но и в ее потенциальной роли в квантовых технологиях. Ван отмечает, что спин, внутренняя характеристика электрона, играет ключевую роль: взаимодействие спинов на концах молекулы может позволить использовать ее как кубит — базовую единицу квантового компьютера.
Переход от кремниевых компонентов к молекулярным не просто снизит затраты и энергопотребление. Это может дать устройствам новые свойства, недостижимые в традиционной электронике. В обозримом будущем такие молекулы могут стать основой сверхмалых, быстрых и интеллектуальных устройств — как в классических, так и в квантовых системах.
Этот прорыв в области молекулярной проводимости открывает новые горизонты для миниатюризации и энергоэффективности электронных устройств. Не менее захватывающее открытие связано с развитием биоэлектроники — бактерии, проводящие электричество, могут стать важной частью будущих технологий. Подробнее об этом вы можете прочитать в этой статье.
