Sklandus informacijos perdavimo mažomis grandinėmis būdas

F4TCNQ molekulių (geltonai oranžinės spalvos) vienmatis STEM (skenuojančio elektroninio mikroskopo) vaizdas vartais valdomame grafeno įrenginyje. Paskola: Berkeley laboratorija

Pašalinus vieną įkrautą molekulę iš vienos dimensijos masės, kitos pakaitomis „prisijungia“ arba „atsijungia“, atverdamos kelią informacijos perdavimui mažomis grandinėmis.

Mažos elektroninės grandinės maitina mūsų kasdienį gyvenimą – nuo mažų fotoaparatų mūsų telefonuose iki mūsų kompiuterių mikroprocesorių. Kad šie prietaisai būtų dar mažesni, mokslininkai ir inžinieriai kuria grandinės komponentus iš vienos molekulės. Miniatiūrinės grandinės ne tik galėtų padidinti prietaisų tankį, greitį ar energijos vartojimo efektyvumą, pavyzdžiui, lanksčioje elektronikoje ar duomenų saugykloje, bet ir naudojant konkrečių molekulių fizines savybes, galima sukurti unikalaus funkcionalumo prietaisus. Tačiau norint sukurti praktinius nanoelektronikos prietaisus iš atskirų molekulių, reikia tiksliai kontroliuoti elektroninį tų molekulių elgesį – patikimas metodas, kuriuo jos klastojamos.

Dabar, kaip pranešama žurnale Gamtos elektronika, mokslininkai sukūrė metodą, kaip pagaminti vienodą atskirų molekulių masę, kad būtų galima tiksliai kontroliuoti jos elektroninę struktūrą. Kruopščiai reguliuojant įtampą, taikomą visiškai anglies turinčių molekulių grandinei (grafenasLawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos (Berkeley laboratorija) tyrėjų vadovaujama komanda nustatė, kad ji gali stebėti, ar visos molekulės, nė viena ar kai kurios iš jų nebuvo įkrautos elektra. Gautą krūvio modelį galima perkelti išilgai grandinės, manipuliuojant atskiromis molekulėmis grandinės gale.

“Jei ketinate kurti elektrinius prietaisus iš atskirų molekulių, jums reikia molekulių, kurios atliktų naudingą funkciją; turite išsiaiškinti, kaip jas sutvarkyti į naudingas ląsteles. Tai darydami mes padarėme abu dalykus “, – sakė Michaelas Cromas,„ Berkeley Labs “vyresnysis medžiagų mokslo darbuotojas. Tyrimas yra dalis JAV Energetikos departamento (DOE) Mokslo biuro funkcinių nanomachinų charakterizavimo programos, kurios tikslas yra suprasti elektrines „mechanines savybes“ molekulinėse nanodalelėse ir sukurti nanomachinas remiantis naujomis molekulėmis. paverčiant energiją iš vieno kiaušinio į kitą nanoskaite.

Pagrindinis Berkeley komandos pasirinktos molekulės, turinčios daug fluoridų, bruožas yra stiprus polinkis priimti elektronus. Norėdami kontroliuoti 15 tokių molekulių, tiksliai suderintų su grafenu, grandinės elektronų savybes, Berklio fizikos profesorius Chrome ir jo kolegos po grafenu padėjo metalinį elektrodą, kuris taip pat suskilo į ploną izoliacinį sluoksnį. Įtampos tarp molekulių elektrodų taikymas Elektronai patenka į molekules arba iš jų išeina. Tokiu būdu grafeną palaikančios molekulės elgiasi panašiai kaip kondensatorius – elektrinis komponentas, grandinėje naudojamas krūviui sulaikyti ar išlaisvinti. Tačiau skirtingai nuo „įprasto“ makroskopinio kondensatoriaus, reguliuodami vidinio elektrodo įtampą, mokslininkai galėjo kontroliuoti, kurios molekulės buvo įkrautos, o kurios neutralios.

Molekulinė grandinė

Atėmus nelyginių molekulių skaičių iš modelio galo, vienmatė molekulių masė keičiasi iš elektrai įkrauto (mėlynas taškas) į neutralų (tuščias taškas). Tai priverčia elektroną pereiti prie antros paskutinės molekulės, dėl ko kitos molekulės keičia savo krūvio būseną, taip pakeisdamos krūvio modelį. Paskola: Berkeley laboratorija

Ankstesniuose molekulių junginių tyrimuose elektroninės molekulių savybės negalėjo egzistuoti juos abu reguliuojamas և vaizduojamas atomo ilgio skalėje. Neįmanoma visiškai suprasti struktūros ir funkcijos santykio elektros prietaisų kontekste, nereikalaujant papildomų vaizdų. Dėdami molekules ant specialiai sukurto grafeno pagrindu sukurto mėginio, sukurto Berkeley laboratorijos molekulinėje liejykloje, naudojant nanomedžiagų mokslą, Cromas ir jo kolegos įsitikino, kad molekulės yra visiškai prieinamos tiek mikroskopiniam stebėjimui, tiek manipuliacijoms elektriniu būdu.

Kaip ir tikėtasi, stiprios teigiamos įtampos taikymas metaliniam elektrodui po grafenu, palaikančiu molekules, užpildė juos elektronais, o visa molekulinė masė liko neigiamai įkrauta. Pašalinus ar pakeitus šią įtampą, visi pridėti elektronai paliko molekules ir grąžino visą masę į neutralią įkrovos būseną. Esant vidutinei įtampai, elektronai užpildo tik kiekvieną kitą masės molekulę, sukurdami krūvio plokštelę. „Chrome“ ir jo komanda paaiškina šį naują elgesį tuo, kad elektronai atstumia vienas kitą. Jei dvi įkrautos molekulės akimirkai užimtų gretimas sritis, jų atstūmimas atstumtų vieną iš elektronų, priversdamas tolti nuo molekulinės eilės.

„Mes galime visiškai arba visiškai ištuštinti visas molekules. Mes tai vadiname kolektyviniu krūvio modeliu, nes jį lemia elektronų ir elektronų atstūmimas visoje struktūroje “, – sakė Crominas.

Skaičiavimai rodo, kad kintamojo krūvio molekulės galutinėje masės molekulėje visada turėtų būti vienas papildomas elektronas, nes ta molekulė neturi antros priežasties atstumti. Norėdami eksperimentuoti su tokio tipo elgesiu, Berklio komanda pašalino galutinę molekulę iš molekulių rinkinio, turinčio kintamą krūvį. Jie nustatė, kad pradinę įkrovos schemą pakeitė viena molekulė. Mokestinės svetainės tapo neutralios ակը atvirkščiai. Tyrėjai padarė išvadą, kad prieš pašalinant įkrautą galinę molekulę, gretima molekulė turėjo būti neutrali. Spindulio pabaigoje naujoji antroji molekulė buvo įkrauta į naują padėtį. Norint išlaikyti kintamą modelį tarp įkrautų ir nepakrautų molekulių, visą krūvio mėginį reikėjo transportuoti viena molekule.

Jei kiekvienos molekulės krūvis suvokiamas kaip nedidelis informacijos kiekis, tada pašalinus galutinę molekulę, visas informacijos pavyzdys perkeliamas į vieną vietą. Toks elgesys imituoja elektroninių poslinkių registravimą skaitmeninėje grandinėje, suteikdamas naujų galimybių perduoti informaciją iš vieno molekulinio prietaiso regiono į kitą. Molekulės perkėlimas į vieną molekulės galą gali būti įjungimas arba išjungimas kažkur įrenginyje, kuris teikia naudingą būsimos loginės grandinės funkciją.

„Vienas dalykas, kuris mums buvo tikrai įdomus šiame rezultate, buvo tai, kad mes sugebėjome pakeisti elektronų krūvį, taigi ir molekulių savybes iš toli. – Tas kontrolės lygis yra kažkas naujo “.

Mokslininkai savo molekuline mase pasiekė tikslą sukurti struktūrą, kuri turėtų labai unikalų funkcionalumą. tai yra struktūra, kurios molekulinius krūvius galima gerai reguliuoti tarp skirtingų galimų būsenų naudojant įtampą. Dėl molekulių krūvio pasikeitimo jų elektroninis elgesys և pasikeičia viso įrenginio funkcionalumu. Šis darbas buvo DOE pastangų sukurti tikslius molekulinius nanoprocesorius, turinčius tiksliai apibrėžtą elektromechaninį funkcionalumą, rezultatas.

„Berkeley Lab“ komandos molekulinio krūvio valdymo metodika galėtų padėti sukurti naują elektroninių nanomass komponentų, įskaitant tranzistorius ir loginius vartus, dizainą. Techniką taip pat galima apibendrinti kitose medžiagose ir įtraukti į sudėtingesnius molekulinius tinklus. Viena galimybė yra pritaikyti molekules kuriant sudėtingesnius krūvio modelius. Pavyzdžiui, pakeisti vieną atomas gali pakeisti molekulės savybes kita molekule. Tokių modifikuotų molekulių įdėjimas į algebrą gali sukurti naują funkcionalumą. Remdamiesi šiais rezultatais, mokslininkai planuoja ištirti funkcionalumą, atsirandantį dėl naujų molekulinių masių svyravimų, taip pat tai, kaip jie galėjo būti naudojami kaip mažos grandinės komponentai. Galų gale jie planuoja šias struktūras įtraukti į praktiškesnius nanometrinius prietaisus.

Nuoroda. «Hsin-Zon Tsai, Johannes Lischner, Arash A. Omrani, Franklin Liou, Andrew S. Aikawa, Christoph Karrasch, Sebastian Wickenburg, Alexander, Alexander Riss, Kyler C. Natividad, Jin Chen, Won-Woo Choi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Chenliang Su, Stevenas G. Louie, Alexas Zettlas, Jiongas Lu ir Michaelas F. Crommie, 2020 m. Rugsėjo 28 d., Gamtos elektronika,
DOI: 10.1038 / s41928-020-00479-4:

Molekulinė liejykla yra DOER mokslo biuro naudotojo įstaiga, įsikūrusi Berkeley laboratorijoje.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

COVID-19 aptikimas ant jūsų odos

Misūrio universiteto inžinieriai skatina bioelektronikos rinką, kurdami plataus masto pasirinktinio įrenginio planą, kuris vienu metu gali stebėti daugybę gyvybiškai svarbių požymių, tokių kaip kraujospūdis,...

Mokslininkai atranda ilgalaikės atminties molekulinį mechanizmą

Bazelio universiteto mokslininkai atrado molekulinį mechanizmą, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį nepažeistoje ilgalaikėje atmintyje. Šis mechanizmas taip pat susijęs su fiziologiniu atminties praradimu amžiuje. Daugybė...

Paukščių tako paslaptys atskleidžiamos „Amazing Details“

Ji yra Astronomijos tyrimų universitetų asociacija (AURA) 2021 m. Vasario 23 d Šis spalvų derinys atspindi dominuojančią „Blanco DECam Bulge Survey“, kurioje dalyvavo 250 milijonų žvaigždžių,...

Tamsioji materija, kurią apibūdina papildomas matmuo erdvėlaikyje ir nauja sunkioji dalelė, panaši į Higso bozoną?

Modeliuojant susidūrimą dideliame hadronų greitintuve susidaro Higso bozonas. © 1997-2021 CERN (CC-BY-SA-4.0). Kreditas: Granados universitetas. Tarptautinė mokslininkų grupė pasiūlė naują sunkią dalelę, kurios savybės panašios...

Puiki pažanga saulės skystyje, pagamintame iš padalinto vandens

Mokslininkai naudojo kompiuterius ir mikroskopus, kad suskaidytų saulės vandenį ir sukurtų būdą pagerinti vandenilio, kaip tvaraus kuro, generavimo prietaisų veikimą. Autorius: Peterio Alleno...

Newsletter

Subscribe to stay updated.