Na eletronica, nada funciona sem transistores:eles são os blocos de construção fundamentais nos quais os circuitos lógicos de nossos chips de computador são baseados. Eles geralmente consistem em cristais de silício, dopado com outros tipos de átomo. Uma equipe de pesquisa suíça / austríaca (TU Wien, a Universidade de Viena, a Universidade de Zurique, A IBM (Zurique) conseguiu agora desenvolver um transistor que funciona de maneira fundamentalmente diferente e consiste apenas em uma única molécula. Em vez de três eletrodos, como em um transistor convencional, esta molécula de switch requer apenas dois. O novo nanoswitch foi agora apresentado na revista especializada Nature Nanotechnology .

Zero ou um

"A principal característica de um transistor é que ele pode assumir dois estados diferentes, "explica Robert Stadler, do Instituto de Física Teórica da TU Wien (no início do projeto, ele ainda trabalhava no Departamento de Físico-Química da Universidade de Viena). Dependendo do estado do transistor, ele permite que a corrente flua ou não. Um transistor convencional feito de cristais de silício, portanto, tem três contatos:a corrente é fornecida por um destes, e é capaz de fluir para o segundo; se isso realmente acontece ou não depende da tensão aplicada no terceiro contato, que é conhecido como o 'contato do portão'.

A fim de acomodar cada vez mais transistores em uma área cada vez menor, os transistores continuaram a diminuir de tamanho nas últimas décadas. Isso melhorou drasticamente a eficiência em eletrônicos, mas faz, Contudo, traz consigo problemas técnicos cada vez maiores. Com tecnologia de silício convencional, limitações físicas são encontradas como resultado. "Com cristais extremamente pequenos, você não tem mais controle suficiente sobre as propriedades eletrônicas, particularmente se apenas um pequeno número de dopantes permanecer e a camada isolante do portão permitir cada vez mais vazamentos, "explica Stadler." No entanto, se você mudar de cristais para moléculas orgânicas em nanoescala, então você tem novas oportunidades para alterar as características de transporte. "

Da molécula ao transistor

Na Universidade de Zurique, os químicos, portanto, sintetizaram estruturas moleculares organometálicas dotadas de átomos de metal individuais de ferro, rutênio ou molibdênio. Essas moléculas de designer, que têm apenas cerca de dois nanômetros e meio de comprimento, são então cuidadosamente conectados usando dois contatos de ouro no laboratório de pesquisa da IBM em Rüschlikon antes que a tensão possa ser aplicada a eles.

Para um dos tipos de moléculas testadas, que tem um átomo de molibdênio colocado em seu núcleo, algumas propriedades bastante notáveis ​​foram observadas:semelhante a um transistor de silício, esta molécula alterna entre dois estados diferentes, que diferem em três ordens de magnitude no que diz respeito à sua condutividade. Simulações de computador complexas eram necessárias para entender o processo subjacente; estes foram realizados por Robert Stadler e seu aluno de doutorado Georg Kastlunger no Vienna Scientific Cluster (VSC). Isso permitiu que o mecanismo fosse decodificado em um nível físico quântico.

"Diretamente no átomo de molibdênio, há um certo espaço que pode ser ocupado por um elétron, "diz Robert Stadler." A quantidade de corrente que pode fluir através da molécula em uma determinada voltagem depende se há ou não um elétron ocupando este espaço ou não. "E isso por si só pode ser controlado. Se o espaço estiver ocupado , relativamente pouca corrente fluirá em baixa tensão. Em uma voltagem mais alta, Contudo, o elétron pode ser desalojado de seu lugar especial no átomo de molibdênio. Como resultado, o sistema muda para um novo estado com condutividade melhorada por um fator de cerca de mil, causando um aumento acentuado no fluxo de corrente. Um processo de comutação e seleção pode, portanto, ser realizado através dos dois contatos de ouro, entre os quais a molécula é fixada. Um terceiro eletrodo, como geralmente é necessário para um transistor convencional, não é mais necessário, o que simplifica o processo de fiação significativamente.

Tecnologia para os chips do futuro

A própria tecnologia, Contudo, ainda é muito caro para ser colocado em produção em massa para chips de computador comerciais. É por isso que os experimentos foram realizados em baixas temperaturas e em ultra-alto vácuo. Contudo, A IBM já está trabalhando em projetos para incorporar várias dessas moléculas em nanoporos em um chip de silício, para que funcionem em condições ambientais normais à temperatura ambiente. "Isso seria mais simples e nossos métodos teóricos, sem dúvida, seriam adequados para tais sistemas, também, "afirma Stadler com confiança." Talvez as moléculas orgânicas com átomos de metal integrados possam liderar o caminho para interruptores ultrapequenos para novos sistemas de armazenamento; em todo o caso, existe o potencial para aplicações interessantes, particularmente porque a omissão do terceiro eletrodo permite densidades de integração incomparáveis. "