原子規模の回路のための可能性のある研究

Tiffany Trader

現在の20nm〜22nmのプロセス技術を越え集積回路が小さくなるにつれて、人々はいっそう電子トンネリングや電流リークのような量子力学の歪みに直面する。チップ設計者や学術研究者は、ITRS(国際半導体技術ロードマップ)を順守する中で、そこに行き着くためにあらゆる種類の巧妙な回避策を使用して主に次のナノメートルの閾値を追求している。しかし、野心的な研究者の他のセグメントは、原子規模で回路を作成するための基本的な再設計に焦点を当てることを選択した。(比較のために、1ナノメートルは髪の毛の幅の50,000分の1であり、ケイ素原子が0.22ナノメートルの直径を持つことを思い出そう。)

有機分子の単一層が、分子接合OLEDに正および 負の電極を接続(Rochester大学のAlexander Shestopalovのグラフィック)

Rochester大学とDuke大学の研究者は、1分子幅の回路間で電荷を送信するために二層分子インタフェースを使用することで、この刺激的な空間で重大な発見を達成している。彼らの研究は、Advanced Material Interfaces誌の4月号に掲載されている。

Rochester大学の化学工学の助教授、Alexander Shestopalovが率いるチームは 、型にはまらないナノスケールの電子機器に注目し、チームは分子接合OLED(有機発光発光ダイオード)内での正極と負極を接続するために有機分子の単層を使用した。

科学者が原子規模での回路の開発で直面する主な問題のひとつは、回路を流れる電流を制御する方法である。 Shestopalovは、2層目に分子の不活性層を追加することにより、課題に対応した。この不活性層は、周囲の環境から電力線を絶縁する電線上のプラスチックケースのような役割を果たす。

「今まで、科学者は1分子から別の分子へ電荷を確実に導くことができませんでした。」とShestopalovは公式発表で述べた。 「しかし、それは1または2分子の薄さの電子回路が働くとき、確実に行う必要があります。」

不活性層は、有機分子の微視的な鎖から構成されている。その上位に有機材料の1分子の薄いシートである活性層がある。ワイヤーの類推に続いて、トップ層は下位の不活性層が絶縁している間に荷電を行い、それ故に干渉を低減する。

Shestopalovは、有機分子の機能グループへ小さな変更を行うことで電流を制御することができた ー 機能グループの一部を用いることで電荷移動を加速し、他を遅くする。

機能グループを変更する能力は、異なるアプリケーションをサポートするために電荷の微調整を可能にする。例えば、生物医学の注入装置はデリケートな処置のためにより遅い速度を必要とするかもしれないが、OLEDは確かな冷光の出力のためにより高速な電荷移動が必要な場合がある。

成果は、分子電子デバイスのための重要なマイルストーンであるが、しかし、特に耐久性を考慮するために目の前の仕事がまだある。

「私たちが開発したシステムは、高温で急速に劣化します。」とShestopalovは言った。 「私たちに必要なのは年間続くデバイスであり、それは達成するために時間がかかるでしょう。 」

このようなナノスケールの回路のためのアプリケーションは、太陽電池や他の光発電から薬物伝送およびバイオイメージングに至るまで、多数ある – 原子スケール•コンピューティングの可能性は言うまでもない。