مدل‌سازی سوئیچ‌های تک‌مولکولی‌‌
 

مولکول با قرار گرفتن در معرض میدان‌های الکتریکی می‌تواند دو فاز را مختلف از خود نشان دهد

با توجه به محدودیت تعداد ترانزیستورهای مدار، و محدودیتی که به لحاظ قوانین فیزیک کلاسیک در ابعاد کوچک وجود دارد، دانشمندان به‌دنبال استفاده از سوئیچ‌های تک‌مولکولی به‌جای ترانزیستورها هستند که در صورت احقاق آن، تحولی در الکترونیک دیجیتال ایجاد می‌شود و می‌توان تریلیون‌ها سوئیچ از این دست را تنها روی تراشه‌ای به اندازه‌ی یک سانتی‌متر مربع جای داد.

به‌گزارش ستاد توسعه‌ی ویژه‌ی فناوری نانو، اخیراً گروهی از محققان ژاپنی و آمریکایی، مدلی برای توصیف ساز و کار پیچیده‌ی سوئیچ تک‌مولکولی یافته‌اند؛ آن‌ها در بررسی خود مدلی رایانه‌ای برای مولکول فلزی آلی ـ که محکم بین دو الکترود طلا نگه داشته شده بود ـ به دست آوردند و مشاهده نمودند که در این حالت به‌طور عادی و مطابق قوانین فیزیکی جریان به همراه ولتاژ افزایش می‌یابد تا به مقدار 142 میکروآمپر برسد، سپس به‌طور ناگهانی و بر خلاف انتظار این مقدار افت پیدا می‌کند و این همان پدیده‌ی اسرارآمیزی است که مقاومت جزئی منفی یا NDR نامیده می‌شود.

در ادامه‌ی بررسی‌ها، این دانشمندان پی بردند که ابرالکترونی این مولکول‌ها تا رسیدن به جریان بحرانی 142 میکروآمپری، در حالت تعادل بوده و دور هسته می‌چرخند؛ اما تحت بمباران ولتاژهای بالاتر، این حالت پایدار از بین رفته، الکترون‌ها به وضعیت تعادل دیگری درمی‌آیندکه این پدیده در کوانتوم «انتقال فاز» یا «گذار فاز» نامیده می‌شود. اهمیت این پدیده اعجاب‌آور در آن است که مولکول با قرار گرفتن در معرض میدان‌های الکتریکی می‌تواند دو فاز را مختلف از خود نشان دهد که این همان نکته‌ی کلیدی در ساخت سوئیچ مولکولی است. این دو فاز حالت‌های صفر و یک سوئیچ ـ که اساس الکترونیک دیجیتال است ـ را تشکیل خواهند داد. این محققان هم‌اکنون در تلاشند تا این مدل را به لحاظ عملی هم مورد آزمایش قرار دهند.

گفتنی است این کار تحقیقی، با حمایت مالی برنامه‌ی پنج ساله‌ی توسعه‌ی بنیاد ملی علوم آمریکا انجام شده‌است.