211service.com
Jauns molekulārā slēdža veids
IBM zinātnieki ir izveidojuši jaunu molekulāro slēdzi, kas spēj ieslēgties un izslēgties, nemainot tā formu. Lai gan šāds slēdzis vēl ir gadiem ilgi kopš izmantošanas darba ierīcēs, zinātnieki norāda, ka tas parāda potenciālu veidu, kā savienot kopā šādus molekulāros slēdžus, lai veidotu molekulārās loģikas vārtus nākotnes datoriem.
Molekulārais slēdzis: Skenējošā tunelēšanas mikroskopa gals (attēlots sudraba krāsā) zondē krusta formas molekulāro slēdzi, lai ieslēgtu un izslēgtu blakus esošo molekulu. Izraisot spriegumu, zonde liek diviem ūdeņraža atomiem naftalocianīna molekulā pārslēgties no vienas orientācijas uz otru.
Pētnieki pēdējo desmit gadu laikā ir strādājuši, lai izmantotu atsevišķas molekulas kā elektroniskus slēdžus, cerot, ka tie galu galā palīdzēs padarīt elektroniskās ierīces vēl mazākas un jaudīgākas. (Skatīt Molekulāro skaitļošanu.) Taču līdz šim šādi centieni ir saistīti ar molekulāriem procesiem, kas kaut kādā veidā deformē molekulas ģeometrisko formu, saka. Pīters Liljerots , pētnieks pie IBM Cīrihes pētniecības laboratorija , Šveicē.
Problēma ir tāda, ka, mainot molekulas formu, ir grūti tās savienot kā slēdžus. Ja pētnieks vēlas izveidot kaut ko sarežģītāku nekā tikai molekulāro slēdzi, piemēram, loģiskos vārtus, viņam vai viņai ir jāspēj tos savienot kopā, saka Liljerots. Viena molekulāra slēdzis īsti nekam nederēs.
Liljerots un viņa kolēģi izmanto atomu izmaiņas, kas notiek molekulārā būra centrā, kas nemaina molekulas vispārējo struktūru. Žurnāla jaunākajā numurā Zinātne , grupa parāda, kā tās molekulu var elektriski ieslēgt un izslēgt. Pētnieki arī parāda, kā trīs no šīm molekulām var darboties kopā, ja tās atrodas blakus. Strāvas ievadīšana vienā molekulā mainīs citas molekulas stāvokli, saka Liljerots.
Multivide
Skatieties, kā darbojas IBM molekulārais slēdzis.
Ziņojums ir izcils un ievērojams fundamentālās zinātnes gabals Freizers Stoddarts , Kalifornijas Universitātes Losandželosas Kalifornijas nanosistēmu institūta direktors, kurš arī strādā pie molekulārās pārslēgšanas.
IBM molekula ir naftalocianīns, savienojumu klase, ko izmanto krāsās un organiskajā optiskajā elektronikā to intensīvās zilgani purpursarkanās krāsas dēļ. IBM molekulas struktūra veido krusta formu, kas satur divus pretējus ūdeņraža atomus abās centrālā kvadrāta tukšuma pusēs.
Kad pētnieki novietoja molekulu uz īpaši plānas substrāta, tika konstatēts, ka šie pretējie ūdeņraža atomi pārvēršas no šī kvadranta malām uz augšu un uz leju vai otrādi, kad tika pielikts pietiekams spriegums. Tomēr neatkarīgi no tā, kurā no šiem diviem stāvokļiem tā atrodas, molekulas ģeometrija paliek nemainīga.
Kad tiek pielikts zemāks spriegums, ir iespējams nolasīt slēdža stāvokli, mērot caur to plūstošo strāvu. Zems spriegums to nepārslēdz, tāpēc mēs varam nolasīt molekulas stāvokli, saka Liljerots.
Tā ir skaista zinātne, saka Marks Rīds , fiziķis Jēlas Universitātē, Ņūheivenā, CT, kurš pēta molekulārās ierīces. Tas, ka viņiem ir šī atgriezeniskā struktūras maiņa, ir ļoti jauki.
IBM atklājums tika veikts nejauši. Tas, ko mēs patiesībā pētījām, bija molekulārā vibrācija, ko izraisīja elektronu pievienošana molekulai, saka Liljerots. Taču, to darot, pētnieki pamanīja šo ūdeņraža atomu apgriešanos, molekulāro reakciju, kas pazīstama kā tautomerizācija.
Lai pārslēgtu molekulu, grupa izmantoja skenēšanas tunelēšanas mikroskopu (STM), kas darbojās ārkārtīgi zemā temperatūrā un vakuumā. Tomēr reakcija tiek vadīta elektriski, kaut arī ar pikoampēriem, tāpēc STM nav nepieciešams, lai šī reakcija notiktu, saka Liljerots. Taču zemā temperatūra varētu būt galvenais šķērslis procesa praktiskai īstenošanai.
Šai konkrētajai molekulai temperatūrai bija jāuztur tikai pieci kelvina grādi, lai reakcija notiktu kontrolētā veidā. Reakcija joprojām notiek istabas temperatūrā, saka Liljerots. Bet istabas temperatūrā tas notiktu spontāni. Tomēr viņš saka, ka pastāv potenciāls atrast jaunas molekulas, kas uzrāda šādu uzvedību augstākā temperatūrā, cerot beidzot izveidot loģiskās ierīces.
Pierādīšana, ka vienu molekulāro slēdzi var ieslēgt un izslēgt, pieliekot strāvu blakus esošai molekulai, ir pirmais solis ceļā uz šādu loģiku. Spēja pielikt spriegumu vienai molekulai un izraisīt blakus esošās molekulas tautomerizāciju, ir interesanta ietekme uz loģiskajām ierīcēm, saka Stoddarts. Bet viņš saka, ka temperatūras ierobežojums joprojām ir milzīgs izaicinājums.
Stoddart arī noraida IBM grupas atteikšanos no molekulārajiem slēdžiem, kas maina formu; viņš apgalvo, ka šādas molekulas ir daudz progresīvākā stadijā un var darboties istabas temperatūrā. Man šķiet apgrūtinoši, ka zinātnieki molekulārās elektronikas jomā turpina negodīgi noraidīt citu pētījumus, kas ir tehnoloģiski daudz progresīvāki par viņu pašu, un tomēr tiem ir arī ļoti stabils teorētiskais un eksperimentāls pamats.
Jēlas Rīds arī skeptiski vērtē IBM atklājuma praktisko ietekmi. Jebkādas runas par šīs reakcijas pārvēršanu ierīcē šajā posmā nozīmē pārmērīgu hiperbolu, viņš saka. Tas ir tāpat kā teikt, ka esam atklājuši silīcija pusvadītājus, tāpēc varam izgatavot Pentium.