Enkelmoleculaire Schakelaar Nabootst Transistor voor Ultra-Hoge Dichtheid Computing

Onderzoekers hebben een enkelmoleculaire schakelaar ontdekt die kan fungeren als een transistor en binaire informatie kan opslaan zoals de 1'en en 0'en die in klassieke computing worden gebruikt. Het molecuul is ongeveer vijf vierkante nanometer in grootte — meer dan een miljard van hen zou op het dwarsdoorsnede van een menselijk haar passen. De onderzoekers geloven dat moleculen zoals de ontdekte een informatiedichtheid van ongeveer 250 terabits per vierkante inch kunnen bieden, wat ongeveer 100 keer de opslagdichtheid is van huidige harde schijven.

Schakelen onder omgevingsomstandigheden

In de studie kunnen moleculen van een organisch zout worden geschakeld met een kleine elektrische input om ofwel helder ofwel donker te lijken, wat binaire informatie levert. Deze informatie kan worden geschreven, gelezen en gewist bij kamertemperatuur en in normale luchtdruk. Dit zijn belangrijke kenmerken voor praktische toepassing van de moleculen in computing opslagapparatuur. Eerder onderzoek naar moleculaire elektronica voor vergelijkbare toepassingen is voornamelijk uitgevoerd in vacuüm en bij zeer lage temperaturen.

Vereisten voor moleculaire geheugen

Er zijn een aantal eigenschappen die een molecuul moet bezitten om nuttig te zijn als moleculair geheugen. Naast het schakelbaar zijn in beide richtingen onder omgevingsomstandigheden, moet het langdurig stabiel zijn in de heldere en donkere toestand en ook spontaan hoog geordende lagen vormen die slechts één molecuul dik zijn in een proces genaamd zelf-assemblage.

In laboratoriumexperimenten gebruikte het team kleine elektrische pulsen in een scanning tunneling microscopie om individuele moleculen van helder naar donker te schakelen. Ze waren ook in staat de informatie daarna te lezen en te wissen bij de druk op een knop. Tijdens het schakelen verandert de elektrische puls de manier waarop de kation en het anion in het organische zout opgestapeld zijn, en deze stapeling zorgt ervoor dat het molecuul ofwel helder ofwel donker lijkt. Naast het schakelen zelf is de spontane ordening van de moleculen cruciaal — door zelf-assemblage vinden ze hun weg in een hoog geordende structuur (een tweedimensionaal kristal) zonder de noodzaak voor dure productietools, zoals het geval is in momenteel gebruikte elektronica.