Ученые разработали транзистор, способный контролировать отдельные электроны
Исследователям из Германии, Японии и США удалось создать надежный транзистор, состоящий всего из одной-единственной молекулы и нескольких дополнительных атомов. Полученный транзистор настолько точен в работе, что способен контролировать поток одиночных электронов. По сути, мы являемся свидетелями появления следующего поколения наноматериалов и миниатюрной электроники.
Для современной электроники транзисторы важны так же, как пища или воздух для человека. Эти крошечные полупроводниковые триоды являются главным компонентом любой электрической схемы. Со временем транзисторы становились все меньше и меньше, пока не уперлись в своеобразный предел, дальше которого уменьшить их было попросту невозможно. Разработка международной команды ученых позволит сделать транзисторы еще меньше, что потенциально приведет к значительному уменьшению размеров электронных приборов в будущем.
В текущем поколении электроники расстояние между клеммами переключателя транзисторов составляет около 30 атомов. Если уменьшить это расстояние, атомы начнут перепрыгивать с одной клеммы на другую вне зависимости от того, замкнута цепь или нет. Молекулярные транзисторы способны решить данную проблему максимально изящным и эффективным способом.
При создании молекулярного транзистора ученые столкнулись с серьезной проблемой: как управлять этим компонентом, если состояние «включен или выключен» зависит от положения всего одного электрона. Исследователи из Института электроники твердого тела имени Пауля Друде (Германия), Лаборатории фундаментальных исследований (Япония) и Военно-морской исследовательской лаборатории (США) смогли преодолеть все препятствия на своем пути и разработали способ точного контроля над молекулярными транзисторами.
Транзистор собирался при помощи высокостабильного сканирующего туннельного микроскопа. Основой для триода послужил кристалл арсенида индия, на поверхности которого ученые разложили 12 атомов индия в форме шестиугольника, а в центр поместили органическую молекулу фталоцианина. Эта молекула очень слабо связана с кристаллом, поэтому если подвести к ней острие зонда микроскопа и подать напряжение, образуется туннельный переход электронов. Атомы индия являются регуляторами этого процесса и обеспечивают стабильность работы транзистора.
Во время экспериментов ученые отметили один необычный момент: в зависимости от степени своего заряда молекула фталоцианина вела и ориентировала себя совершенно по-разному. Ее положение в пространстве оказывало сильное влияние на поток электронов. В данный момент исследователи нацелены на то, чтобы лучше понять этот феномен и разобраться во взаимосвязи между молекулярной ориентацией и проводимостью. Будем надеяться, что у них все получится и уже совсем скоро персональные компьютеры можно будет уменьшить до размером почтовой марки.
