НОВОСТИ: IT-технологии | Наука | Образование

Ученые разрабатывают новые молекулярные стратегии: преодолеть барьеры электронной миниатюризации

2024-09-04 18:06 Наука Научные исследования
Исследователи из Иллинойсского университета внедрили инновации в молекулярной электронике, создав стабильные молекулы с постоянной формой и контролируемой проводимостью, используя новый метод синтеза, что прокладывает путь к созданию более надежных миниатюрных электронных устройств.
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться, ограничения физического размера начинают сдерживать тенденцию удвоения плотности транзисторов на кремниевых микрочипах каждые два года, как предсказывает закон Мура. Молекулярная электроника, которая подразумевает использование отдельных молекул в качестве основных компонентов электронных устройств, представляет собой многообещающее направление для дальнейшей миниатюризации мелкосерийной электроники.

Устройства, использующие молекулярную электронику, требуют точного контроля над потоком электрического тока. Однако динамическая природа этих отдельных молекулярных компонентов влияет на производительность устройства и влияет на воспроизводимость
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне сообщают об уникальной стратегии управления молекулярной проводимостью с использованием молекул с жесткими остовами, например, молекул лестничного типа, известных как молекулы с сохранением формы. Кроме того, они продемонстрировали простой метод «one-pot» для синтеза таких молекул. Затем эти принципы были применены к синтезу молекулы, похожей на бабочку, что показало общность стратегии для управления молекулярной проводимостью.
Это новое исследование, проведенное под руководством Чарльза Шредера, профессора материаловедения и инженерии колледжа Джеймса Экономикс и профессора химической и биомолекулярной инженерии, а также постдокторанта Сяолиня Лю и аспиранта Хао Яна, недавно было опубликовано в журнале Nature Chemistry.

Важность молекулярной жесткости

Постоянная проводимость особенно важна, когда конечной целью молекулярной электроники является использование в функциональном устройстве. Это означает миллиарды компонентов, которые должны иметь одинаковые электронные свойства. «Изменение проводимости — одна из проблем, которая помешала успешной коммерциализации молекулярных электронных устройств. Очень сложно изготовить большое количество необходимых идентичных компонентов и контролировать молекулярную проводимость в соединениях отдельных молекул», — объясняет Янг. «Если мы сможем сделать это точно, это может помочь подтолкнуть коммерциализацию и сделать электронные устройства очень маленькими»
Для управления молекулярной проводимостью молекул с устойчивой формой команда использовала уникальную стратегию однореакторного лестничного синтеза, которая производила химически разнообразные, заряженные лестничные молекулы. Традиционные методы синтеза используют дорогостоящие исходные материалы и обычно представляют собой двухкомпонентные реакции, что ограничивает разнообразие продуктов. При использовании однореакторной многокомпонентной стратегии, также называемой модульным синтезом, исходные материалы намного проще и коммерчески доступны. «Мы можем использовать множество различных комбинаций этих исходных материалов и создавать богатое разнообразие молекул-продуктов, подходящих для молекулярной электроники», — говорит Лю.

Далее Лю и Ян применили правила, которые они изучили на примере молекул лестничного типа, и продемонстрировали широкую применимость сохранения формы, спроектировав, синтезировав и охарактеризовав электронные свойства молекулы, похожей на бабочку. Эти молекулы имеют два «крыла» химических колец, и, как и молекулы лестничного типа, молекулы-бабочки характеризуются заблокированной структурой остова и ограниченным вращением. Это проложит путь для проектирования других функциональных материалов и, в конечном итоге, для более надежных и эффективных устройств.
Источник: Scitechdaily | Теги: Ученые, молекулы, электронная миниатюризация