Создан транзистор, состоящий из одной молекулы. Разработка подобных устройств – это существенный прогресс в миниатюризации микроэлектроники, достигшей, похоже, своего предела.

Процессор 486DX2 уже практически вышел из употребления - его фирма intel представила в 1992 году. С тех пор для уменьшения транзисторов осталось не так много возможностей, и вот уже ученые представили прототип устройства, основанного на одной молекуле.

Транзистор – это по своей сути переключатель, управляемый подачей на него напряжения, своего рода управляемая заслонка для электрического тока. Процессор в компьютере содержит десятки, а то и сотни миллионов (впплоть до миллиарда), без которых немыслимы микросхемы, а без тех – все современные электронные устройства. Чем меньше транзисторы, тем большее их количество можно разместить на одной микросхеме, подняв ее производительность и научив решать более сложные задачи.

Ученые из Кванчжунского технологического института и Ханьянского института (Корея) и Йельского университета (США) создали и описали на страницах журнала Nature транзистор, который может претендовать на звание самого миниатюрного из возможных: он состоит всего из одной молекулы, причем эта молекула – далеко не самая крупная: на ее фоне молекулы белка или ДНК кажутся огромными.

Что это? 

Устройство, которое собрали исследователи, представляет собой пластину из оксида кремния – типичного для изготовления чипов материала. На ее поверхности при помощи напыления тонких в считаные нанометры толщиной слоев золота созданы токопроводящие дорожки, напоминающие дорожки на обычных электронных платах. В определенных местах дорожки разделены перемычками из оксида алюминия, и именно в этих перемычках и размещены отдельные молекулы бензендитиола – вещества, которое выглядит, как прозрачная и застывающая при 22 градусах жидкость.

Впрочем, говорить о нахождении в жидком или твердом состоянии одной молекулы некорректно. И ученых интересовали не физические свойства бензендитиола как вещества, а квантовые свойства отдельных его молекул, ибо, как показали прошлые эксперименты, в зависимости от энергии может меняться и способность молекулы проводить электрический ток.

А если проводимость молекулы, определяемая способностью к перераспределению электрического заряда внутри нее, зависит от энергии, а энергию молекулы ученые менять умеют, то, что мешает собрать и устройство, позволяющее включать или выключать ток в цепи при помощи единственной молекулы? Как показали исследователи, собравшие первый экспериментальный чип с молекулами в зазорах электрической цепи, ничего, кроме ряда технических ограничений!

Этот график показывает характеристики созданного учеными транзистора - какой ток через него течего при заданном напряжении и как он меняется, если поменять напряжение на управляющем контакте (Vd).

Что дальше?

Пока что говорить о серийном производстве транзисторов из одной молекулы не приходится. Однако работающий одномолекулярный транзистор (а не просто модель вроде предложенной еще в 2008 году) – это значительный шаг вперед на пути к дальнейшей миниатюризации электроники. Сейчас количество транзисторов, размещаемых на одной микросхеме, каждые два года удваивается (то есть за 10 лет возрастает в 2х2х2х2х2=32 раза и в 32х32=1024 раза за 20 лет), но скоро этому росту может прийти конец, так как уменьшаться меньше размера молекул уже некуда. Да и молекулы, если не считать углеродных нанотрубок (а они могут достигать и 18 см в длину, формально являясь именно одной молекулой), сами по себе не самый подходящий материал для транзисторов. Так по крайней мере считалось до недавнего времени.