Ученые преодолели один из «невозможных» барьеров в области молекулярной электроники

Международная исследовательская группа, в состав которой входили ученые из университета Центральной Флориды (University of Central Florida), США, Лимерикского университета (University of Limerick), Ирландия, и Национального университета Сингапура, нашла решение, благодаря которому был преодолен так называемый «невозможный» барьер, который уже на протяжении 20 лет препятствует практическому использованию молекулярной электроники. Данное решение имеет отношение к молекулярным диодам, являющимся одним из видов базовых компонентов практически всех электронных схем.

Электронные схемы, находящиеся внутри каждого электронного устройства, изготавливаются сейчас преимущественно из кремния. Ученые уже достаточно давно пытаются создать дубли всех кремниевых электронных компонентов в виде элементов, состоящих из единственных молекул или нескольких соединенных друг с другом молекул. Изготовление электронных схем на молекулярном уровне позволило бы кардинально сократить размеры компьютеров, телевизоров, устройств связи и других электронных устройств.

Диоды пропускают через себя электрический ток только в одном направлении, блокируя ток, текущий в обратном направлении. Одной из основных характеристик диода является соотношение между нормальным (прямым) током и током обратной утечки. Обычные кремниевые диоды имеют значение этой характеристики в пределах от 10^5 до 10^8. И чем выше значение соотношения токов, тем больший контроль над током можно получить при помощи определенного типа диодов.

В течение почти 20 лет исследователи пытались создать молекулярные диоды, соотношение токов которых соответствует или превышает аналогичную характеристику кремниевых диодов. Однако, некоторые физические ограничения, связанные с размерами единственных молекул, определяли то, что соотношение токов молекулярного диода принципиально не могло быть выше 10^3.

Для решения проблемы с молекулярными диодами исследователи спроектировали так называемый макро-туннельный переход, основанный на слое одного из типов молекулярных диодов. Особенности соединения молекулярных диодов, определенный угол наклона молекул и уровень поданного на них напряжения смещения позволили ученым добиться того, что соотношение прямого и обратного тока каждого из диодов изменилось на три порядка в лучшую сторону и стало равно 6.3 x 10^5.

«Такой подход позволил нам преодолеть фундаментальный теоретический барьер. И теперь в нашем распоряжении имеется молекулярный диод, не уступающий по характеристикам своим кремниевым аналогам» — пишут исследователи, — «Подобный прием можно будет использовать и по отношению к другим компонентам молекулярной электроники. И все это вместе позволит поставить область молекулярной электроники на практические рельсы в не таком уж и далеком будущем».

Естественно, что молекулярные диоды не смогут стать полноценной заменой кремниевым диодам, которые способны пропускать через себя электрический дот достаточно большой величины. Но имеется и масса областей, где использование молекулярных диодов более предпочтительно, нежели кремниевых. Кроме этого, молекулярные диоды могут изготавливаться исключительно химическим путем, благодаря чему их производство будет более дешевым, нежели производство аналогичных полупроводниковых приборов.