Jak postupuje vývoj elektronických součástek, jedním z jeho příznaků je, že se tyto součástky neustále zmenšují. Pozornost tak nyní přitahují součástky tvořené pouhou jednou molekulou. A právě takové součástky navrhli Adam Jaroš a Michal Straka ze skupiny Lubomíra Rulíška na ÚOCHB ve spolupráci s Esmaeilem Farajpour Bonabem a Cinou Foroutan-Nejadem z centra CEITEC Masarykovy univerzity v Brně. Konkrétně se jedná o přepínatelné diody na bázi fullerenů.
Fullereny jsou objemné uhlíkové molekuly ve formě klece čítající typicky desítky atomů. Nejznámější fulleren C60 svým vzhledem připomíná fotbalový míč. Ve výpočtech, které vědci prováděli, ale figuroval jeho větší bratr C70, který je poněkud protáhlý a připomíná tedy spíše míč na ragby. Ve všech případech se ale jedná o kulaté nebo elipsoidní struktury s prázdným prostorem uvnitř, kam je možné umístit nějaké atomy – v případě použitého protáhlého C70 například dvouatomovou molekulu. A právě tato forma fullerenu s uvězněnou polární molekulou by se mohla stát zajímavou součástkou.
Pomocí kvantově chemických výpočtů se podařilo určit, jaké molekuly by bylo zajímavé ve fullerenu C70 uvěznit, aby se nemohly snadno otáčet a určovaly tak kladný a záporný konec své klece, ale současně, aby jejich polohu bylo možné pod elektrickým napětím obrátit. Taková molekula by se pak chovala jako dioda a usměrňovač napětí, nejzákladnější elektronická součástka, nebo dokonce jako paměťový prvek, do kterého se dá informace zapsat a následně bez poškození přečíst. Obojí by mělo jít jednoduchým přivedením elektrického napětí na správné konce molekuly. Zápis by byl možný změnou napětí, čtení zase změřením vodivosti molekuly. V obou případech se přitom jedná o dobře proveditelné operace i na takto malé škále při využití technik jinak typických pro řádkovací tunelovou mikroskopii.
Bohužel, jednotlivé stavy takového paměťového prvku nejsou natolik stabilní, aby se z něj daly dělat pevné disky a jiná záznamová média, mohl by nicméně nalézt uplatnění při zmenšování krátkodobé RAM paměti, tedy růstu její celkové kapacity. V tomto ohledu se ve výpočtech nejlépe dařilo systému ScCl@C70, kdy je ve fullerenu C70 uvězněna molekula složená z jednoho atomu scandia a jednoho atomu chlóru.
Kdy se tedy dočkáme počítačů s fullerenovými pamětmi? To se teprve uvidí, protože výzkum je stále jen ve fázi počítačového modelu a bude třeba potřebné molekuly připravit a jejich vlastnosti experimentálně potvrdit. Syntéza takových struktur je přitom stále ještě v plenkách. Je také možné, že se do výpočtů nedostal nějaký jev, který by skutečnému využití takových součástek zabránil. Rozhodně ale tyto výpočty dávají naději, že se k malým a velmi rychlým pamětem (což by mělo být jejich další velkou výhodou) dostaneme.
Původní článek
Adam Jaroš, Esmaeil Farajpour Bonab, Michal Straka, and Cina Foroutan-Nejad. Fullerene-Based Switching Molecular Diodes Controlled by Oriented External Electric Fields. Journal of the American Chemical Society Article ASAP. https://doi.org/10.1021/jacs.9b07215
