Молекулярная электроника. Молекулярный компьютер. Направления исследований.

Молекулярный компьютер-это устройство, в котором вместо кремниевых чипов, работают молекулы и молекулярные ансамбли. „Интеллектуальные молекулы“  могут существовать в двух термодинамически устойчивых состояниях. Переводить молекулу из одного состояния в другое (переключать) можно с помощью света, тепла, хим. агентов, электрического и магнитного поля и т.д. Фактически такие переключаемые бистабильные молекулы — это наноразмерная двухбитовая система, воспроизводящая на молекулярном уровне функцию классического транзистора. 

Переключение между этими состояниями под влиянием внешних воздействий (свет, электрические сигналы, магнитное поле, химическая реакция) в терминах информатики соответствует переключению между состояниями ноль и единица – процессу, на котором основана вся компьютерная технология.

Молекулярная электроника - это смесь электроники и биохимии.

Используя электрическое поле, можно изменять молекулярную структуру и возбуждать электронную проводимость.

В качестве рабочих веществ для создания электронных структур ученые предлагают использовать:

1. неорганические вещества;

2. органические (небиологические) соединения;

3. органические вещества биологического происхождения (белки).

Программы исследований в этой области на сегодняшний день направлены на создание следующих молекулярных аналогов электронных вычислительных машин:

1.Создание молекулярных аналогов твердотельных микроэлектронных приборов. Основная задача: на основе молекулярных структур осуществить функции элементарных микросхем.

2. Создание молекулярных цепей и молекулярных ассоциаций, выполняющих функции логики, хранения и передачи информации;

3. Создание биологических функциональных молекул методами генной инженерии.

Бистабильные молекулы — переключатели, будут управляться световыми и электрическими импульсами или электрохимическими реакциями.

Память может работать на принципе „запоминания“ оптических или магнитных эффектов, а проводниками могут стать нанотрубки или сопряжённые полимеры.

Второе из указанных направлений предполагает создание законченных молекулярных СБИС посредством самосборки фрагмента, то есть путем последовательного наращивания необходимой молекулярной последовательности.

Механизмы функционирования элементов молекулярной электроники прежде всего определяются переносом электронов и протонов , перегруппировкой валентных связей и перестройкой групп молекул.

Очень важным свойством молекул является их способность преобразовывать одну энергию  в другую с очень высоким КПД.

Память молекулярного компьютера будет основана на тех же принципах, что и переключатели, в её основе — бистабильные молекулярные структуры и их же превращения.

В настоящее время применяют магнитные и оптические носители памяти, которые основаны на принципе двумерной записи, и это ограничивает объёмы записываемой информации. Предполагают, что в молекулярных компьютерах можно будет записывать оптическую информацию в полном объёме — то есть память станет трёхмерной.

Чтобы записать информацию в объёме образца или, по крайней мере, на нескольких его слоях, нужна новая система записи. Для этого используют метод двухфотонного поглощения.

Суть метода в том, что необходимая для записи энергия (hv) доставляется двумя фокусируемыми в нужной точке лазерными пучками с частотами v1 и v2, подобранными так, чтобы hv = hv1 + hv2.

Другой перспективный подход к созданию молекулярной памяти продемонстрировали М. и Д. Тур. Они сделали сандвич примерно из 1000 молекул ароматического дитиола и поместили его между золотыми электродами . При определённом напряжении, поданном на электроды, этот сандвич удерживает электроны (то есть хранит данное состояние в памяти) в течение примерно 10 минут

Первым технически реализованным устройством оптической молекулярной памяти были многослойные люминесцентные диски на базе созданных в России соединений.

Третий компонент молекулярных компьютеров — проводники, обеспечивающие сообщение между молекулярными транзисторами и молекулярными устройствами памяти.

Молекулярные транзисторы, память и проводники — три составные части будущего молекулярного компьютера. Для получения дальнейших результатов необходимо работать на синергетическом стыке химии, физики, биологии, микроинженерии. Учёные считают, что молекулярные компьютеры будут созданы к 2020–2030 году.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: