Вычисления с молекулами: большой шаг вперед в спинтронике
Преимуществами являются повышенная скорость обработки данных, снижение потребления электроэнергии и более высокая плотность интеграции
Спинтроника или спиновая электроника в отличие от обычной электроники использует спин электронов для зондирования, хранения информации, транспортировки и обработки.
Потенциальными преимуществами являются повышенная скорость обработки данных, снижение потребления электроэнергии и более высокая плотность интеграции по сравнению с обычными полупроводниковыми приборами.
Молекулярная спинтроника стремится к конечному шагу к миниатюризации, стремясь активно контролировать спиновые состояния отдельных молекул. Химики и физики из Кильского университета объединили усилия с коллегами из Франции и Швейцарии для разработки одиночных молекулярных спиновых переключателей на поверхностях.
Вновь созданные молекулы обладают стабильными спиновыми состояниями и не теряют своей функциональности при адсорбции на поверхности.
Спиновые состояния новых соединений стабильны, по крайней мере, в течение нескольких дней. Это достигается с помощью конструктивного трюка, который напоминает основные электронные схемы в компьютерах, так называемые триггеры. Би-стабильность или переключение между 0 и 1 реализуется путем циклирования выходного сигнала обратно на вход.
Новые молекулы обладают тремя свойствами, которые связаны друг с другом в такой петле обратной связи: их форма (плоская или нет), близость двух субъединиц, называемых координационными (да или нет), и спиновое состояние (высоко-спиновое или низко-спиновое).
Таким образом, молекулы запираются либо в одном, либо в другом состоянии. После сублимации и осаждения на серебряную поверхность переключатели самособираются в высокоупорядоченные массивы. Каждая молекула в таком массиве может быть отдельно рассмотрена с помощью сканирующего туннельного микроскопа и переключена между состояниями путем подачи положительного или отрицательного напряжения.
«Наш новый спиновый переключатель реализует всего в одной молекуле то, что требует нескольких компонентов, таких как транзисторы и резисторы в обычной электронике. Это большой шаг к дальнейшей миниатюризации», — говорят ученые. Следующим шагом будет повышение сложности соединений для осуществления более сложных операций.
Молекулы — это самые маленькие конструкции, которые могут быть спроектированы и построены с атомной точностью и предсказуемыми свойствами. Их реакция на электрические или оптические раздражители и специально разработанные химические и физические свойства делают их уникальными кандидатами для разработки новых классов устройств, таких как управляемые поверхностные катализаторы или оптические устройства.
Alexander Köbke et al. Reversible coordination-induced spin-state switching in complexes on metal surfaces, Nature Nanotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41565-019-0594-8