Механічна пам'ять з урахуванням НЕМС-систем

Механическая пам’ять з урахуванням НЭМС-систем

Свидиненко Юрій (Svidinenko).

Основа механоэлектрической молекулярної електроніки — молекули, які за вплив ззовні можуть змінювати своє електричне належний стан або конфігурацію. Дослідники з Каліфорнійського інституту давно займаються механоэлектрическими системами, основі яких можна створити ряд НЭМС-актюаторов і механічну пам’ять. Про останніх здобутки у цій галузі вчені доповіли в грудневому випуску часопису Science. У статті ми розповімо про НЭМС-системах, з допомогою яких дослідники сподіваються створити механоэлектрическую память.

" Сучасна молекулярна електроніка перебуває у зародковому стані «, — каже Амар Флуд, дослідник з UCLA і автор цих публікації у Science. — «Необхідно пояснити, що молекулярна електроніка — це комбінація активних молекул і електронних схем. Поки що рано говорити, як швидко результати цієї весілля з’являться на ринку, та її внесок у розвиток науки вже очевидний » .

.

Рис. 1. Типи молекулярних элеваторов Одно із перших застосувань молекулярних машин, у яких виготовлені вченими, — механоэлектрическая пам’ять. Перші спроби створити із окремих молекул механічні системи вжито Флудом, Стоддартом та його командою ще 1996 року. У 2004 вони змогли створити молекулярний елеватор — НЭМС-систему, що складається з стрижня і молекулы-лифта. При подачі електричного потенціалу на елеватор молекула-лифт пересувалася вздовж стрижня. Напрямок руху елеватора можна було змінити, переключивши полярність активирующего потенціалу. Різні типи елеваторів помітні на мал.1. Слід зазначити, що ця НЭМС-система активується як електрикою, а й світловий енергією, і навіть певними хімічними каталізаторами. Як ліфта у системі 1 типу вчені використовували молекулу правильного ротаксана; у 2-ї - молекулу катенана; й у 3-й — молекулу псевдоротаксана.

.

Рис. 2. Активація молекул ротаксана і катенана Эти молекули особенны тим, що з захопленні молекулою електрона вони можуть змінити свій енергетичний потенціал, а перебуваючи у складі наносистеми — змінити становище у просторі. Так, ротаксаны в наносистемах рухаються лінійно, тоді як катенаны обертаються навколо осі стрижня, у якому перебувають (див. рис. 2).

Этот ж принцип використовувався дослідниками при конструюванні пам’яті. Як сказав Флуд, вони спроектували 64-битную RAM-память з урахуванням НЭМС-ячеек, використовують ротаксаны. У цьому розміри нової пам’яті б’ють рекорди, встановлені законом Мура.

.

Рис. 3. Модель молекулярної пам’яті на основі молекул ротаксанов.

Флуд і Стоддарт створили елементарну осередок пам’яті, яка переключається в логічне стан 1 і 0 під час подачі на неї електричного потенціалу. На рис. 3. можна побачити принцип дії нової НЭМС-памяти.

" Коли подали позитивний імпульс на осередок, молекула ротаксана пересунулася до стану 1, а ми змінили полярність напруги, вона перемістилася до стану, обозначающему 0 " , — сказав Стоддарт. — «Ми перевірили роботу устрою, примусивши його довго переключатися. А змогли змінювати швидкість перемикання! Ми змінювали частоту перемикання від 10 000 разів у 1 секунду до 10 раз. У цьому, коли молекули перебували у різних середовищах, швидкість перемикання також змінювалася, «- каже Стоддарт.

Самое цікаве у дослідженні полягає у тому, що, використовуючи різні полімери як підстави переміщення ротаксанов, вчені домоглися зміни кольору молекули (тобто. зміна в випромінюваному світлі). У досвіді використовувалися перемикачі з червоного на зелений. За словами Стоддарта, нові устрою можуть працювати навіть у дисплеях! У цьому дисплеї будуть механічними, тобто. принципово новими для сучасної комп’ютерної промисловості! Але, звісно, аж до створення лише прототипів таких пристроїв ще — від трьох до п’яти лет.

" Ми дуже горді з того, що мені удалося створити принципово нові наносистеми. Гадаю, що це з кроків до з того що називають молекулярным виробництвом " , — закінчив Стоддарт.

Список литературы.

1. Nanotechnology-Now: Rapid Progress Reported In Emerging Field Of Molecular Electronics.

2. Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics.

3. Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA: Molecular Electronics.