p (Esquerda) A estrutura da molécula FG-DTE, que é feito de três fotocromos que podem alternar entre dois estados diferentes quando irradiados com luz de comprimentos de onda diferentes. (À direita) Uma lista de verificação de alguns dos recursos do dispositivo de lógica molecular totalmente fotônico. Crédito da imagem:Joakim Andréasson, et al. © 2011 American Chemical Society.
p (PhysOrg.com) - Embora as moléculas já tenham sido usadas para realizar operações lógicas individuais, cientistas agora mostraram que uma única molécula pode realizar 13 operações lógicas, alguns deles em paralelo. A molécula, que consiste em três cromóforos, é operado por diferentes comprimentos de onda de luz. Os cientistas prevêem que este sistema, com seu nível de complexidade sem precedentes, poderia servir como um bloco de construção da computação molecular, em que moléculas, em vez de elétrons, são usadas para processar e manipular informações. p Os cientistas e engenheiros, Joakim Andréasson, da Chalmers University of Technology em Göteborg, Suécia; Uwe Pischel da Universidade de Huelva, Espanha; e Stephen D. Straight, Thomas A. Moore, Ana L. Moore, e Devens Gust da Arizona State University, publicaram seu estudo chamado "All-Photonic Multifunctional Molecular Logic Devices" em uma edição recente do
Jornal da American Chemical Society .
p “Embora exemplos anteriores de sistemas de lógica molecular tenham sido capazes de realizar um, ou algumas operações lógicas diferentes, esta molécula pode ser reconfigurada para executar 13 simplesmente alterando os comprimentos de onda de entrada ou saída, ”Gust disse
PhysOrg.com . “Além disso, ele usa luz para todas as entradas e saídas, o que evita alguns dos problemas encontrados ao usar produtos químicos como insumos. ”
p Em geral, cromóforos são as partes de uma molécula que absorvem luz de comprimentos de onda específicos enquanto transmitem outros comprimentos de onda, e são responsáveis pela cor da molécula. Quando os cromóforos podem ser alternados entre dois estados diferentes sendo irradiados com luz de comprimentos de onda diferentes, eles têm a capacidade de realizar operações lógicas binárias e servir efetivamente como transistores. Estas fotoswitchable, os cromóforos biestáveis são chamados de fotocromos.
Para agradecer ao nosso
25, 000 fãs na comunidade do Facebook, esta história foi postada na página do Physorg.com FB algumas horas antes de ir ao ar no site principal
Aqui, os pesquisadores usaram três fotocromos - um ditienileteno (DTE) e dois fulgmidas (FG) - para construir uma molécula responsiva à luz. Cada um desses fotocromos pode existir em uma forma isomérica aberta ou fechada, e pode ser alternado entre formas com pulsos de luz de diferentes comprimentos de onda.
p As duas formas que cada fotocromo pode assumir representam os dois estados que servem de base para a execução de operações lógicas binárias. Várias combinações dos três fotocromos em diferentes formas isoméricas podem ser usadas para realizar aritmética binária, como adição e subtração. Embora os sistemas baseados em moléculas anteriores tenham realizado aritmética binária, a molécula FG-DTE é a primeira que pode realizar essas operações usando apenas duas entradas:luz com comprimentos de onda de 302 nm e 397 nm. Também, todos os três fotocromos podem ser redefinidos por irradiação de luz verde (460-590 nm). Esses recursos permitem que a molécula realize adição e subtração em paralelo, simplesmente fazendo com que a luz converta os fotocromos em diferentes formas isoméricas.
p “Todas essas 13 operações lógicas compartilham o mesmo estado inicial, isso é, a molécula é sempre "redefinida" para o mesmo estado pelo uso de luz verde, independentemente de qual função lógica deve ser executada, ”Disse Andréasson. “Esta é outra característica única de nossa molécula.”
p Os pesquisadores também demonstraram que a molécula FG-DTE pode realizar funções não aritméticas. Por exemplo, como um multiplexador digital, a molécula pode atuar como uma imitação de uma chave rotativa mecânica para conectar qualquer uma das várias entradas a uma saída. Como um demultiplexador, a molécula pode separar dois sinais que foram multiplexados em uma saída.
p Avançar, a molécula FG-DTE pode realizar funções lógicas sequenciais, em que as entradas devem ser aplicadas na ordem correta, como para um bloqueio de teclado. A molécula também pode operar como uma porta de transferência, transferindo o estado de uma entrada para o de uma saída, que é útil para operações computacionais complicadas. Os pesquisadores também demonstraram que a molécula pode atuar como um codificador e decodificador, comprimindo informações digitais para transmissão ou armazenamento, e, em seguida, recuperar as informações em sua forma original.
p Embora cada uma dessas operações lógicas individuais tenha sido realizada anteriormente por sistemas moleculares, a molécula FG-DTE é a primeira a uni-los todos em uma única plataforma molecular. Transistores e outros dispositivos lógicos mais tradicionais não têm a mesma flexibilidade funcional, que os pesquisadores atribuem à capacidade dos cromóforos de responder de maneira diferente a diferentes comprimentos de onda de luz e de influenciar as propriedades uns dos outros.
p Quanto aos aplicativos, os pesquisadores observam que é improvável que tais dispositivos moleculares em breve substituam os computadores eletrônicos, mas eles poderiam ter aplicações em nanotecnologia e biomedicina, como para armazenamento de dados, rotular e rastrear micro-objetos, e liberação programada de drogas.
p “No curto prazo, dispositivos de lógica molecular irão complementar, ao invés de competir com, dispositivos eletrônicos, ”Gust disse. “Em princípio, a computação molecular pode ser implementada com tamanhos de switch extremamente pequenos, já que as unidades operacionais são moléculas. Dispositivos moleculares operados fotonicamente, como o que descrevemos, também podem ser facilmente reconfigurados para realizar uma variedade de funções lógicas diferentes, pode operar em altas velocidades, e pode ser organizado em três dimensões, em vez dos arranjos planares normalmente encontrados na eletrônica.
p “Dispositivos de lógica molecular podem ser empregados onde os eletrônicos não podem, ”Acrescentou. “Por exemplo, eles podem ser usados para rotular e rastrear nanopartículas e componentes em nanoescala de organismos biológicos. Por outro lado, a maioria dos fotocromos atualmente não é suficientemente estável para suportar o grande número de ciclos necessários para uma computação útil em escala real. Além disso, a computação complexa exigirá maneiras convenientes para os dispositivos lógicos em nanoescala se comunicarem uns com os outros. ”
p “Além disso, a aplicação da lógica molecular em sistemas biológicos, como o corpo humano, ainda é relativamente inexplorado, embora os sistemas moleculares sejam mais adequados para esta finalidade em comparação com dispositivos eletrônicos, ”Disse Andréasson.
p No futuro, os pesquisadores planejam abordar alguns dos maiores desafios enfrentados pela lógica molecular, como a fiação eficiente (concatenação) de interruptores lógicos.
p “Um dos maiores desafios da lógica molecular é a concatenação de operações lógicas, ”Gust disse. “Na eletrônica, isso pode ser feito simplesmente conectando a saída de um elemento à entrada do próximo. Precisamos encontrar maneiras de alcançar resultados semelhantes em moléculas. ” p Copyright 2011 PhysOrg.com.
Todos os direitos reservados. Este material não pode ser publicado, transmissão, reescrito ou redistribuído no todo ou em parte sem a permissão expressa por escrito da PhysOrg.com.
