Молекулярный компьютер всё ближе

Ученые из Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова синтезировали "управляемые" химические соединения для электроники будущего

Российские ученые получили металлорганические соединения с переключаемыми магнитными свойствами. Входящие в их состав ионы металлов способны обратимо менять спиновое состояние в ответ на внешние воздействия, а следовательно, кодировать один бит информации в одной молекуле. Технология поможет в разработке устройств памяти с большей емкостью, а также еще на один шаг приблизит исследователей к созданию полноценного квантового компьютера из молекулярных материалов.

Существующие компьютерные процессоры практически достигли потолка своей производительности. Они работают с транзисторами - приборами для усиления и преобразования сигналов - минимально возможного размера. Поэтому, чтобы увеличить мощность процессоров будущего, специалисты обращаются к молекулярным материалам, которые могут находиться в одном из двух состояний - например, отличающихся числом неспаренных электронов у входящих в их состав атомов. Эти состояния называют спиновым, и они чем-то похожи на двоичную систему кодирования информации при помощи "0" и "1". Опираясь на такую аналогию, ученые пришли к выводу, что за счет переключения между спиновыми состояниями при помощи некоторого внешнего воздействия можно в одной молекуле хранить один бит информации.

Однако для того, чтобы использовать переход между спиновыми состояниями, нужно научиться им управлять. В этом способны помочь комплексы металлов - соединения, в которых ионы металла помещены в "шубу", состоящую из органических молекул - лигандов. Воздействуя на органические лиганды, можно активировать "переключение" иона металла под влиянием внешних факторов (температуры, света и других), тем самым меняя и фиксируя его спиновое состояние.
Ученые из Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова (Москва) предложили новый способ соединения комплексов металлов в периодическую металлорганическую решетку, при котором отрыв электрона от иона металла происходит одновременно с отрывом протона от органического лиганда. Это позволило ученым впервые создать такую решетку, в которой роль "узлов" выполняют комплексы металлов, способные обратимо менять спиновое состояние под действием температуры. Для этого авторы придумали новый синтетический подход по принципу "смешал и забыл" при использовании ионов серебра в качестве "клея", соединяющего "узлы" между собой. Спиновым переходом в таких металлорганических решетках в дальнейшем можно будет управлять, изменяя структуру молекулярных комплексов металлов и способ их соединения между собой.

"Мы предложили новый принцип конструирования материалов с переключаемыми магнитными свойствами, которыми можно управлять. Подобные комплексы могут использоваться для хранения информации на носителях нового поколения. Потенциально каждая молекула такого соединения способна хранить один бит информации, что в перспективе может привести к появлению устройств хранения информации с практически неограниченной емкостью", - подытожила руководитель проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, Юлия Нелюбина, доктор химических наук, заведующая лабораторией "Центр исследования строения молекул" Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова.

Результаты исследования опубликованы в журнале Molecules.