Создан одномолекулярный элемент памяти

Ученые исследовательской лаборатории компании IBM в Цюрихе показали, что органические молекулы могут, подобно полупроводниковым устройствам, иметь два устойчивых состояния, переводиться из одного в другое и сохранять его, что позволяет создать память принципиально нового типа. В основе устройства, описанного в номере от 4 августа журнала Small Times – простое органическое соединение, сопротивление которого может меняться с большого на низкое и обратно под воздействием импульсов тока.

Эксперименты показали, что молекулярный элемент памяти надежно хранит записанную в него информацию в течение многих часов работы и после по крайней мере 500 циклов перезаписи, и к тому же отличается быстродействием – скорость переключения ниже 1 мс. Такие показатели характеризуются авторами как "удивительный результат для системы из одной молекулы".

"Сейчас мы сосредоточились на изучении связи между конструкцией молекулярной системы и ее измеряемыми электрическими характеристиками, – сказала доктор Хайке Риль (Heike Riel). – Следующим шагом станет изучение механизма, ответственного за переключение".

В основе системы лежит так называемая молекула BPDN-DT, синтезированная группой под руководством профессора Джеймса Тура (James Tour) и Университете Райса (г. Хьюстон, США). Ее изначально предполагалось использовать для применения в этом и других подобных устройствах (в частности, на ее основе уже построен одномолекулярный транзистор). В настоящее время ведется активный поиск механизма, управляющего электрическими свойствами молекулы, а также возможных областей ее применения.

"Максимальная скорость переключения сильно зависит от механизма, используемого для переключения, – говорит г-жа Риль. – По крайней мере, время переключения не превышает 640 микросекунд, однако пока что мы не можем назвать верхний предел быстродействия". По ее словам, многие вопросы удастся прояснить, когда станет понятен принцип работы молекулы.

В ходе эксперимента молекула была помещена в зазор между двумя золотыми электродами, ширина которого регулировалась с субпикометровой точностью. Выявленные свойства проявляются лишь при температуре, близкой к абсолютному нулю, однако некоторые признаки свидетельствуют, что переключение состояний молекулы и сохранение информации о них может происходить и при комнатной температуре – правда, при этом золото электродов становится гораздо мягче, начинает течь и спустя несколько циклов происходит короткое замыкание.

Молекула имеет длину около 1,5 нанометра, что на два порядка меньше существующих кремниевых элементов памяти. В настоящее время считается, что дальнейшая миниатюризация кремниевых элементов чипов станет экономически невыгодные послед достижения предела в 20 нанометров, в то время как физический предел миниатюризации кремниевой электроники – около 10 нм. По мнению специалистов IBM, дальнейший прогресс в электронике станет возможным за счет создания молекулярных компьютеров, углеродных и полупроводниковых нанотрубок, а также спинтроники.