Создан «одномолекулярный» диод, открывающий путь к атомной электронике

Исследователи Колумбийского университета сообщили о том, что им удалось создать диод из одной молекулы, который может использоваться в устройствах наномасштаба. Как утверждается в научной статье «Single-Molecule Diodes with High On-Off Ratios through Environmental Control», новая технология позволяет создавать диоды c производительностью в 50 раз выше, чем у предшественников.

Columbia University

Идея создания «одномолекулярного» диода была впервые предложена в 1974 году. Ещё тогда выдвигалась теория, утверждающая, что молекула может работать как выпрямитель, или однонаправленный проводник электрического тока. С тех пор исследователи неоднократно предпринимали попытки создания одиночных молекул на металлических электродах, которые могли бы играть роль диодов, резисторов, переключателей или транзисторов. При этом в таких молекулах наблюдались различные квантовые механические эффекты, такие как интерференция, что негативно отражалось на их свойствах. Самой большой проблемой являлся очень низкий коэффициент выпрямления.

Nature.com

Инженеры Колумбийского университета предложили новый подход к созданию «одномолекулярного» диода с коэффициентом выпрямления более 250 (что в 50 раз больше предыдущих достижений) и сравнительно высоким током в прямом направлении (около 0,1 мкА). Габариты устройства настолько малы, что квантовые механические эффекты очень сильно влияют на работу диода. Поэтому создание такой молекулы с ожидаемым поведением и характеристиками является настоящим триумфом — считает руководитель проекта Лата Венкатараман (Latha Venkataraman).

Для борьбы с негативными квантовыми эффектами вместо использования асимметричной структуры самого диода изобретатели создали так называемое асимметричное окружение молекулы: соединения активных молекул были помещены в ионную среду, а для контакта с ними использовались золотые электроды разных размеров. Инженеры считают, что такая техника открывает путь к созданию атомной электроники с использованием разных перспективных материалов, в том числе и с графеновыми электродами. Целью дальнейшей работы учёных является усовершенствование дизайна диода, чтобы ещё повысить коэффициент выпрямления.