Молекулярна електроніка

МОЛЕКУЛЯ́РНА ЕЛЕКТРО́НІКА Про­грес традиц. кремнієвої електроніки об­умовлений можливістю мініатюризації її осн. актив. елемента транзистора. Сучасні технол. методи виготовле­н­ня інтегральних схем, що базуються на можливостях оптич., рентґенів., електрон. й іонно-променевої літо­графій, практично не лімітують необхід. роз­мір елемента чіпа (тобто роз­мір окремого транзистора). Нині лімітуючим фактором є принцип. фіз. обмеже­н­ня (різні класичні та квант. роз­мірні ефекти), що виникають при зменшен­ні роз­міру елемента чіпа до 100 нм і сповільнюють роз­виток мікро­електроніки в межах закону Мура та спонукають до пошуку альтернатив. під­ходів для мініатюризації. Одним із таких під­ходів є М. е. Під М. е., у широкому сенсі цього терміна, ро­зуміють наук. напрям, що роз­вʼязує ті ж задачі, що й традиц. електроніка, але при цьому використовує принципи молекуляр. конструюва­н­ня. М. е. cформувалася на межі твердотільної електроніки, квантової електроніки та молекулярної біо­фізики. Пер­спективи роз­витку М. е. повʼязані зі створе­н­ням молекуляр. інформ.-обчислюв. систем, що за принципом дії та за своїми можливостями подібні до мозку людини. Часто історію виникне­н­ня М. е. повʼязують зі стат­тею амер. науковців А. Авірама та M.-A. Ратнера («Molecular rectifiers» // «Che­mical Physics Letters», 1974, vol. 29, № 2), в якій вперше висвітлено можливість ефекту випрямле­н­ня в структурі з 2-х метал. контактів і 3-х молекул, роз­таш. між ними. Однак фундам. ідеями, з яких роз­винулася М. е., є теорії молекуляр. провід­ності, оприлюднені на­прикінці 1940-х рр. амер. вченими Р.-С. Мал­лікеном і А. Сент-Джорджі, — концепція донорно-акцептор. комплексів з пере­несе­н­ням заряду та можливість білків фактично не бути ізоляторами. Протягом на­ступ. 2-х десятиліть різні вчені досліджували системи пере­несе­н­ня електронів, а також над­провід­ність у білках. Дослідж. у галузі М. е. активізувалися після 1994, коли значно зросла кількість публікацій і конференцій. 2000 засн. наук. ж. «Organic Electronics». Нині існують 2 напрями: М. е. макро­скопіч. рівня (прикладна галузь дослідж., спрямована на створе­н­ня молекуляр. матеріалів для електрон. приладів, що функціонують за принципом p-n-пере­­ходу) та М. е. мікро­скопіч. рівня (галузь фундам. дослідж., спрямованих на пошук нових принципів обробле­н­ня інформації з викори­ста­н­ням окремих молекул або їхніх фрагментів). В органічній електроніці всі 3 типи матеріалів — ді­електрик (див. Матеріали електроізоляційні), напів­провід­ник, метал — отримують шляхом хім. дизайну з органіч. молекул на основі вуглецю. Однією з причин великого комерц. потенціалу органіч. матеріалів (провід­ник. і напів­провід­ник. полімерів) є те, що вони можуть бути виготовлені швидко, дешево й у знач. кількостях. Технологія нанесе­н­ня органіч. напів­провід­ників оперує добре від­працьованими методами нанесе­н­ня з роз­чину та випаровува­н­ня у вакуумі. Гол. зуси­л­ля фахівців у галузі М. е. спрямовані на дослідж., повʼяза­ні з викори­ста­н­ням функціонал. специфіч. властивостей молекуляр. систем. Швидка реалізація цих результатів можлива у таких напрямах: елементи памʼяті різноманіт. при­значе­н­ня (оператив., статич., архів. та ін.), зокрема й радіаційно стійкі; молекулярні транзистори, діоди тощо; засоби від­ображе­н­ня інформації (дис­плеї, телевіз. екрани тощо); хім. і біол. сенсори; фото­при­ймачі різноманіт. при­значе­н­ня та пере­творювачі соняч. енергії. Вже отримано осн. ключові елементи для цих напрямів і реалізовано досить успішні комерц. проекти готових при­строїв, зокрема компаніями «Sony» та «Konark». Однак досить склад. зав­да­н­ням є збира­н­ня окремих молекуляр. елементів у функціонал. при­стрій типу інтеграл. схеми, тобто по­єд­на­н­ня мікро- та макрорівнів організації молекуляр. електрон. при­строїв. Про­грес у цьому напрямі повʼязують з дизайном наночастинок різноманіт. структури, за допомогою яких можна реалізовувати збира­н­ня не тільки самих наночастинок, але з їхньою допомогою зʼєд­нувати між собою окремі молекулярні при­строї. Унікал. і склад. характер про­блеми пере­несе­н­ня у від­критій квант. системі, макро­скопічні властивості якої залежать від мікро­скопіч. молекуляр. властивостей, забезпечує пер­спективне майбутнє для фундам. дослідж. і можливого роз­робле­н­ня додатків для при­строїв.

Завантажити статтю