Будова одномолекулярного електричного перемикача

Chuancheng Jia et al. / Science, 2016

Хіміки з Китаю, США та Ізраїлю створили рекордно стійкий мономолекулярний електричний перемикач - він здатний функціонувати протягом року. Для того, щоб включити або вимкнути його потрібно лише посвітити на нього світлом певної довжини хвилі. Незалежні експерти відзначають, що стабільність, якої домоглися китайські вчені, на два порядки перевершує існуючі мономолекулярні системи. дослідження опубліковано в журналі Science, коротко про нього повідомляє блог Королівського хімічного товариства.

У ролі перемикача виступає молекула, що відноситься до класу діарілетенов. Вона володіє фотохромними властивостями і змінює свою структуру під дією світла: фотони ультрафіолетового спектра змушують «склеюватися» між собою фрагменти молекули, а фотони видимого діапазону навпаки, розривають зв'язок і молекула переходить у відкриту форму. Остання, на відміну від закритої форми, не може проводити електричний струм.

Хіміки помістили молекулу діарілетілена між двома графенових листами, прикріпивши її на «власниках» з трьох метиленових (CH2) фрагментів. Їх роль полягає в тому, щоб обмежити вплив електронної системи графена на перемикач. У ранніх експериментах, коли перемикач намагалися закріпити між золотими електродами або вуглецевими нанотрубками, він «залипає» в одному положенні (не проводить або проводить, відповідно) і не переключався назад.

Експериментальна частина роботи полягала в синтезі графена і його модифікації літографічними методами. Так вчені отримували підкладку, на якій знаходилися поруч два графенових листа з точковими контактами між собою. Потім хіміки поміщали на підкладку розчин молекул-перемикачів (діарілетенов) і ініціатора, купи їх з краями графенових листів. Всього вчені виготовили 46 таких молекулярних механізмів.

Потім вчені опромінювали перемикач світлом необхідного спектра і вивчали електропровідність системи. Пристрій показало стійкість протягом 100 циклів включення і виключення. Крім того, молекула при температурах близько 180 кельвінів сама може зупинити переходити з відкритої форми в закриту - в такому режимі стійкість системи зберігалася протягом 105-106 циклів. Працездатність перемикачів зберігалася протягом року.

Як зазначає Іоан Балдео з Університету Хайдельберга, в більшості випадків, молекулярні перемикачі зберігали свою працездатність лише на хвилини, години - у вдалих випадках дні. За словами вченого, ця робота точно матиме великий вплив на науку, проте експерт не знає, на яку область точно. Важливо відзначити, що оптичний перемикач стійко функціонував при кімнатній температурі.

В майбутньому автори розробки планують створити каскади перемикачів з різних молекул на основі цієї технології. Молекулярні перемикачі можуть знайти застосування в молекулярній електроніці і оптоелектроніці, а також надчутливих сенсорах.

Володимир Корольов