Физики создали сверхэффективный диод размером с молекулу

Международный коллектив физиков создал необычную молекулу из примерно 50 атомов, которая проводит ток только в одну сторону и делает это с эффективностью, сопоставимой с классическими диодами, что открывает дорогу для атомной микроэлектроники, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

«Создание устройства из одной молекулы давно было одним из недостижимых чаяний всех ученых, занимающихся нанотехнологиями. Эта задача была нашим «священным граалем» с 1974 года, с момента появления идеи о молекулярном диоде, и она является тем пределом, который можно в принципе достичь в деле миниатюризации электроники», — заявила Лата Венкатараман (Latha Venkataraman) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).

Как объясняет Венкатараман, за последние годы ученые неоднократно предпринимали попытки создать молекулярный диод, и в некоторых случаях им даже удавалось собрать молекулу, похожую на него. Один из первых подобных приборов был разработан еще в 2009 году.

Проблема заключалась в том, что на таких масштабах работе устройства начинают мешать силы межатомного взаимодействия и квантовые эффекты, благодаря чему они начинают пропускать ток в обоих направлениях, хотя и с разной силой, и работают только при очень высоких напряжениях. И то и другое не позволяет применять такие диоды в атомной микроэлектронике.

Венкатамаран и ее коллеги смогли обойти эту проблему, научившись использовать эти эффекты в качестве базы для работы диода. Их молекулярный выпрямитель тока состоит из четырех простых компонентов – воска, двух золотых пластин, соединяющей их молекулы-диода, и особой жидкости-электролита.

Одна из золотых пластинок, подсоединенная к «плюсу» диода, была почти полностью покрыта воском и контактировала с ним и с токопроводящей жидкостью лишь частично. Когда через него течет ток, положительно заряженные ионы из жидкости устремляются к открытой части электрода, что заметно повышает плотность заряда на «плюсе» устройства.

Как объясняют ученые, это делает диод более устойчивым к пробою, так как электроны в таких условиях менее охотно «просачиваются» на другую сторону диода благодаря квантовым эффектам.

Благодаря такому простому приему, молекулярный диод Венкатамаран и ее коллег пропускает в 250 раз меньше тока в «неправильном» направлении, чем в правильном. При этом работает даже при очень низких напряжениях и силе тока. По словам ученых, подобный результат в 50 раз лучше, чем удавалось достигнуть в предыдущих экспериментах, и такой надежности выпрямления в принципе достаточно для создания атомных транзисторов и прочих электронных приборов.