В течение многих лет инженеры и ученые всего мира пытались сделать электронику компактнее и быстрее. Но мощность, необходимая для сегодняшней конструкции, имеет тенденцию к перегреву и поджариванию цепей.
Цепи обычно строятся путем последовательного соединения диодного переключателя с элементом памяти, называемым резистором один диод. Но этот подход требует больших падений напряжения на устройстве, что приводит к высокой мощности и затрудняет сокращение схемы за пределами определенной точки, поскольку требуются два отдельных элемента схемы. Многие команды работают над объединением диода и резистора в одно устройство.
Эти молекулярные переключатели один-на-один – отличные варианты, но они тоже были ограничены выполнением только одной функции, и даже тогда они часто были чреваты проблемами, включая нестабильные колебания электрического напряжения и ограниченный срок службы.
Международная команда под руководством Кристиана Нейхейса из Национального университета Сингапура и соавторов Дэмиена Томпсона из Университета Лимерика и Энрике дель Барко из Университета Центральной Флориды совершила прорыв, подробно описанный 1 июня в рецензируемом журнале Nature Materials.
Команда создала новый тип молекулярного переключателя, который работает как диод, так и как элемент памяти. Устройство имеет толщину 2 нанометра, длину одной молекулы (в 10000 раз меньше ширины волос), и для него требуется только низкое управляющее напряжение менее 1 вольт.
«Сообщество быстро продвигается в поиске новых приложений для электронных устройств на молекулярном уровне», – говорит Дель Барко, профессор, специализирующийся на квантовой физике. «Эта работа может помочь ускорить разработку новых технологий с использованием искусственных синапсов и нейронных сетей."
Nijhuis, который специализируется на химии, возглавил команду. Дэмиен Томпсон из Университета Лимерика предоставил экспертные знания в области теории вычислений, а дель Барко и его команда студентов и научных сотрудников предоставили теоретический анализ.
Как это работает
Молекулярный переключатель работает по двухступенчатому механизму, при котором введенный заряд стабилизируется миграцией заряженных ионов между молекулами и поверхностью устройства.
Это стало возможным благодаря соединению молекул попарно. Используя комбинацию электрических измерений и измерений в атомном масштабе, руководствуясь квантовой механикой, команда обнаружила золотую середину между стабильностью и коммутационной способностью, которая привела к созданию двухдиодной + резистивной оперативной памяти RAM в микроскопическом масштабе, согласно статье.
«По-прежнему существуют некоторые проблемы, и в этой области требуется дополнительная работа, но это значительный прорыв», – говорит Нейхейс.