Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.931 RSS
←   Январь 2007   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
10.01.2007
04:33:36
12:58:54
11
12
12.01.2007
03:54:29
17:19:47
13
14
15
16
17
17.01.2007
03:24:02
16:29:56
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
31.01.2007
08:24:59
14:13:22


За последние 60 дней 1 выпусков (1 раз в 2 месяца)


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.931 подписчиков
-74 за неделю
←   Все выпуски   →

Молекулярный микрочип уже почти работает


Откуда астрономы это знают?

Откуда астрономы это знают?

Как можно утверждать, например, что в двойной системе, удаленной от нас на 6 тысяч световых лет, вещество срывается с красной звезды, закручивается в тонкий диск и накапливается на поверхности белого карлика, предъявляя в качестве доказательства снимок, на котором не видны ни красная звезда, ни карлик, ни тем более диск, а наличествует лишь яркая точка в окружении еще нескольких таких же, разве что не столь ярких?

Статья доктора физико-математических наук Дмитрия Вибе

Молекулярный микрочип уже почти работает

31.01.2007

Кольцо-макроцикл не связано с основной частью молекулы [2]-ротаксана химическими связями и может занимать два положения — «вкл.» и «выкл.» (рис. с сайта www.ucla.edu)
Кольцо-макроцикл не связано с основной частью молекулы [2]-ротаксана химическими связями и может занимать два положения — «вкл.» и «выкл.» (рис. с сайта www.ucla.edu)

В Калифорнии создан прототип микросхемы памяти с плотностью записи около 100 гигабит на квадратный сантиметр — примерно в 40 раз выше, чем у производимых ныне аналогов. Носителями информации в ней служат молекулы органического соединения [2]-ротаксана, способные переключаться между двумя стабильными состояниями. Микросхема более чем на десятилетие опережает предсказания закона Мура, согласно которому такая степень миниатюризации запоминающих устройств может быть достигнута только к 2020 году.

Кремниевые интегральные микросхемы уже достаточно близко подошли к пределу своих возможностей как по минимальному размеру элементов (например, ячеек памяти), так и по количеству элементов в одном кристалле. Поэтому сейчас ведутся активные поиски материалов, которые могли бы послужить основой для значительно более компактной молекулярной электроники. В идеале, каждую молекулу такого вещества можно было бы использовать как отдельный переключатель, хранящий один бит информации.

Положительно заряженное макроциклическое соединение (изображено синим цветом) «сидит» на тетратиафульваленовом (TTF) фрагменте (зеленый) в зоне минимальной проводимости — эквивалент «нуля» логического электронного элемента. При окислении TTF этот фрагмент приобретает положительный заряд, кольцо макроцикла отталкивается и перемещается «вниз» к диоксинафталиновому фрагменту (красный). В этом состоянии проводимость молекулярного прибора максимальна — соответствует «единице» логического элемента (рис. с сайта pubs.rsc.org)
Положительно заряженное макроциклическое соединение (изображено синим цветом) «сидит» на тетратиафульваленовом (TTF) фрагменте (зеленый) в зоне минимальной проводимости — эквивалент «нуля» логического электронного элемента. При окислении TTF этот фрагмент приобретает положительный заряд, кольцо макроцикла отталкивается и перемещается «вниз» к диоксинафталиновому фрагменту (красный). В этом состоянии проводимость молекулярного прибора максимальна — соответствует «единице» логического элемента (рис. с сайта pubs.rsc.org)

Одним из классов молекул, способных на это, стали [2]-ротаксаны, созданные исследовательской группой под руководством Джеймса Хита (James Heath) из Калифорнийского технологического института и Фрейзера Стоддарта (Fraser Stoddart), директора Института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Исследования уже вышли на стадию разработки технологий: в последнем номере журнала Nature опубликована статья о работающем чипе молекулярной памяти объемом 160 000 бит.

Ротаксаны (rotaxane) состоят из двух компонентов, химическая связь между которыми отсутствует. Первый компонент ротаксана — длинная гантелеобразная молекула, строение которой линейно, второй компонент — макроциклическое соединение, охватывающее тонкий стержневой фрагмент молекулярной гантели. При этом объемные заместители на концах гантели играют роль своеобразных заглушек и не дают макроциклу соскользнуть со стержня, оставляя для него возможность движения только вдоль оси молекулярной гантели. А то, что один из концов гантели гидрофильный, а второй гидрофобный, позволяет получать из ротоксанов одномолекулярные пленки, в которых все молекулы одинаково ориентированы.

[2]-ротаксан (two-state rotaxane), используемый калифорнийскими учеными, имеет в своей структуре положительно заряженное кольцо, которое может фиксироваться межмолекулярными взаимодействиями в двух различных позициях. Одна из этих позиций соответствует «нулю», а другая — «единице».

В обычном (закрытом, непроводящем) состоянии, соответствующем «нулю», кольцо связывается с тетратиафульваленовой группой. Окисление тетратиафульвалена приводит к появлению на фрагменте TTF положительного заряда (из-за отбора электронов), и положительно заряженное макроциклическое соединение отталкивается ко второй позиции, в которой проводимость ротаксана максимальна. Это состояние электронного прибора соответствует логической «единице».

Группа Хита и Стоддарта разместила монослой молекул [2]-ротаксана между перекрещивающимися 400 кремниевыми и 400 титановыми нанопроводами. Шаг решетки составляет около 30 нм (15 нм ширина провода и столько же — расстояние между соседними проводами). В каждой точке пересечения между кремнием и титаном локализовано около 100 молекул, способных реагировать на электрические сигналы. Подавая напряжение на один горизонтальный и один вертикальный провод, можно прочитать или записать один бит информации. При этом каждый из 400 × 400 = 160 000 битов может функционировать независимо от других.

Таким образом, создан работающий прототип молекулярного чипа, способного хранить около 20 килобайт информации на площади в 100 раз меньше, чем срез человеческого волоса.

Правда, это всё-таки только прототип. Подвести к нанопроводам внешние контакты оказалось сложнее, чем создать сами провода (для чего была использована оригинальная технология гравирования), поэтому пока реально функционирует только небольшой участок микросхемы — 10 × 18 бит. Из-за ограничений нанотехнологии сработала всего половина протестированных битов, и только с половины из них удалось считать записанную информацию. Наконец, молекулы [2]-ротаксана пока выдерживают лишь несколько циклов записи, после чего «выходят из строя».

а. Молекулярный микрочип шириной 30 мкм в процессе изготовления. Нижний слой, состоящий из кремниевых нанопроводов, готов, и к нему подведены электроды (справа). Осталось положить слой молекул [2]-ротаксана и нанести сверху слой титановых нанопроводов, электроды для которого уже подготовлены (слева). b. Одна из стадий изготовления микрочипа: к кремниевым нанопроводам подведены электроды. Каждый из них имеет ширину около 70 нм и касается 2 или 3 нанопроводов шириной 15 нм каждый (изображение из дополнительных материалов к статье в Nature)
а. Молекулярный микрочип шириной 30 мкм в процессе изготовления. Нижний слой, состоящий из кремниевых нанопроводов, готов, и к нему подведены электроды (справа). Осталось положить слой молекул [2]-ротаксана и нанести сверху слой титановых нанопроводов, электроды для которого уже подготовлены (слева). b. Одна из стадий изготовления микрочипа: к кремниевым нанопроводам подведены электроды. Каждый из них имеет ширину около 70 нм и касается 2 или 3 нанопроводов шириной 15 нм каждый (изображение из дополнительных материалов к статье в Nature)

Калифорнийские ученые уверены, что все эти трудности будут преодолены, хотя и не берутся назвать конкретные сроки. В любом случае, уже можно утверждать, что поставлен новый рекорд плотности записи данных и продемонстрирована возможность создания молекулярных микросхем, пригодных для практического применения. Недаром одному из авторов исследования, Фрейзеру Стоддарту, за заслуги в области химии и нанотехнологии месяц назад английская королева пожаловала рыцарский титул (knight bachelor). Сэр Стоддарт пополнил список ученых-рыцарей наряду с нобелевскими лауреатами Александром Флемингом (Alexander Fleming), Александром Тоддом (Alexander Todd) и Харольдом Крото (Harold Kroto).

Источники:
1) Chemical computing creates world's densest data storage medium, RSC, 24.01.2007.
2) Philip Ball. A switch in Time (Pdf, 400 Кб) // Nature. 2007. V. 445, P. 362–363.
3) Jonathan E. Green, Jang Wook Choi, Akram Boukai, Yuri Bunimovich, Ezekiel Johnston-Halperin, Erica DeIonno, Yi Luo, Bonnie A. Sheriff, Ke Xu, Young Shik Shin, Hsian-Rong Tseng, J. Fraser Stoddart, James R. Heath. A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimeter (полный текст — Pdf, 900 Кб) // Nature. 2007. V. 445, P. 414–417.

Аркадий Курамшин

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

30.01 Рыбы обладают способностью к дедукции

Американские биологи показали, что рыбы справляются с тестами на так называемую транзитивную логику не хуже четырехлетних детей. Наблюдая поединки между пятью самцами своего вида, африканская рыбка астатотиляпия безошибочно определяет, какой из двух самцов сильнее, даже если они никогда не сражались друг с другом и имеют равное число поражений и побед.

29.01 Комета Макнота порадовала любителей астрономии

Комета, заявившая о себе на весь мир в начале января этого года, продолжила свое «звездное шоу» уже в Южном полушарии неба. Но тем, кто не успел ее увидеть, не стоит так уж расстраиваться. Благодаря интернету любителям астрономии стали доступны сотни снимков кометы Макнота во всех возможных ракурсах, сделанные в разных уголках земли.

29.01 Растение, гриб и вирус объединились, чтобы втроем противостоять высоким температурам

Термостойкая трава, растущая на горячих геотермальных почвах в Йеллоустонском национальном парке, обязана своей термоустойчивостью симбиотическому грибу. Ни гриб, ни трава по отдельности не выносят перегрева. Оказалось, что в этом симбиотическом комплексе есть еще и третий необходимый участник — вирус, живущий в клетках гриба.

29.01 Научная семилетка Европы открыта и для российских ученых

На днях в Бонне состоялась конференция, посвященная запуску Седьмой рамочной программы научных исследований и технологического развития Европейского Союза. Ученые Европы получают дополнительные возможности для финансирования своих работ, сверх государственных бюджетов на науку. Двери европейской программы открыты и для российских исследователей.

26.01 Чтобы стать родоначальником нового вида, нужно сложить новую песню

Скрещивая представителей двух близких видов саранчовых, В. Ю. Веденина и ее коллеги получили гибридных насекомых, брачная песенка которых сложнее и разнообразнее песен обоих родительских видов. Происхождение гибридных видов, вероятно, связано с половым отбором, основанным на предпочтении некоторыми самками самцов с наиболее сложной и изощренной манерой ухаживания.

25.01 Физики придумали одноэлектронный холодильник

Предложена схема нового микроэлектронного устройства — одноэлектронного холодильника. В нём под действием переменного напряжения электрон перескакивает между сверхпроводником и обычным металлом, на каждом шаге отбирая у металла тепло.

24.01 Пауки-скакуны послужили моделью для изучения мимикрии

Австралийские зоологи на примере пауков-скакунов и муравьев, форму, цвет и даже повадки которых имитируют эти пауки, показали, что эволюционный путь видов-имитаторов не повторяет эволюцию видов-прообразов. Эволюция у пауков идет гораздо быстрее, чем у их моделей: широчайшая изменчивость внешнего вида и генотипа в пределах популяции служит богатым материалом для отбора.

23.01 Рассеянный склероз можно лечить аскаридами?

Медики из Аргентины установили, что рассеянный склероз протекает намного легче и развивается медленнее у пациентов, зараженных кишечными паразитами, в том числе аскаридами и острицами. По-видимому, выделяемые паразитами вещества подавляют активность некоторых типов клеток иммунной системы человека, и она перестает разрушать свои собственные нервные клетки.

22.01 Гравитационная постоянная измерена новыми методами

Гравитационная константа Ньютона измерена методами атомной интерферометрии. Новая методика свободна от недостатков чисто механических экспериментов и, возможно, позволит скоро изучать эффекты общей теории относительности в лаборатории.
В избранное