Группа физиков из инженерной школы прикладных наук Колумбийского университета разработала технологию получения полноценных диодов размером всего в одну молекулу. Работа велась под руководством помощника профессора прикладной физики Латы Венкатараман.

Их «молекулярный диод» работает эффективнее аналогов, создававшихся ранее, и имеет все шансы стать первым нанодиодом, подходящим для создания наноустройств. Работа была опубликована 25 мая в журнале Nature Nanotechnology.

Сегодняшняя минитюаризация электроники занимала умы учёных ещё в прошлом веке. В 1974 году А. Авирам и М. Ратнер предположили в своей работе, что единственная молекула может работать, как выпрямитель, и тем самым положили начало современной микроэлектронике.

С тех пор исследователи установили, что единичные молекулы, связанные с металлическими электродами (мономолекулярное соединение), можно заставить играть роль различных элементов электрических схем – резисторов, переключателей, транзисторов и диодов. При этом в таком поведении молекул принимают непосредственное участие квантовые эффекты.



В течение 40 лет предпринимались попытки создать асимметричную молекулу, эмулирующую работу классического диода с p-n переходами. Но предыдущие нанодиоды обладали низкой проводимостью, плохими коэффициентами выпрямления (отношением пропускного тока к запорному) и требовали высоких напряжений для работы.

Созданный исследователями диод, созданный на основе олигомера (молекулы в виде цепочки из одинаковых звеньев) диоксида тиофена, имеет коэффициент выпрямления более 250 (в 5 раз выше предыдущих попыток) и работает при напряжениях от 370 мВ.

«Наш подход позволил создать диод из одной молекулы с коэффициентом выпрямления более 250 и разрешённым током до 0.1 мкA,- говорит Венкатараман. – Создание устройств с активными элементами размером в одну молекулу давно было мечтой учёных, занимающихся нанотехнологиями. Эта цель, которая с 1974 была „святым Граалем“ молекулярной электроники, представляет собой минимально возможный размер, который может иметь электронное устройство».



Подход учёных состоит в том, чтобы асимметричной была не только молекула, но и её окружение. Хороших результатов удалось добиться, поместив её в ионный раствор и использовав золотые электроды разных размеров.

«Удивительно, что мы можем разработать и создать контур молекулярных размеров, который способен будет делать что-либо практичное,- говорит Венкатараман. – Это на самом деле триумф, создать такую вещь, которую невозможно увидеть невооружённым глазом, но которая при этом работает, как задумано».