Ученые сумели создать, по их утверждению, «самую электропроводную органическую молекулу в мире». Вещества нового класса, описанного в Journal of the American Chemical Society, открывают широкие возможности для разработки более компактных, мощных и энергоэффективных вычислительных устройств.
Особенностью нового материала стала рекордная электропроводность, которую исследователи сумели довести до квантового предела, считавшегося недосягаемым для высокомолекулярной органики. В перспективе такие донорно-акцепторные соединения самых обычных элементов, таких как углерод, сера и азот, смогут заменить кремний и металлы в микрочипах.
«Молекулы — это самые маленькие, мощные и настраиваемые строительные блоки природы, и их можно проектировать для создания ультракомпактных и сверхэффективных технологий — от компьютеров до квантовых устройств», — объясняет профессор химии и физики Игнасио Франко из Рочестерского университета в Нью-Йорке.
Органика в микроэлектронике обладает рядом преимуществ даже по сравнению с современными материалами вроде графеновых нанолент и кумуленов — и прежде всего это дешевизна. Но есть проблема, до сих пор казавшаяся непреодолимой: чем длиннее молекула, тем хуже она проводит электричество.
«Эта работа впервые демонстрирует, что органические молекулы могут обеспечивать баллистическое (без потерь энергии) перемещение электронов на расстояния в несколько десятков нанометров — явление, полностью определяемое квантовой механикой», — доволен доцент Кун Ван из Университета Майами, занимавшийся экспериментальной частью исследования.
Молекулу и ее уникальные свойства изучили при помощи сканирующего туннельного микроскопа — и на атомарном уровне выяснили, на чем основана квантовая «магия».
«У этих удивительных молекул на каждом конце есть неспаренные электронные спины, которые "общаются" друг с другом и обеспечивают почти идеальную электропроводность на рекордных расстояниях», — говорит Франко.
Обычно изолированные спины или радикалы очень реакционноспособны, но изобретатели сумели вывести такую химическую формулу органического проводника, что он остается стабильным даже в воздухе при комнатной температуре.
«Эта молекулярная конструкция решает многие серьезные проблемы, которые десятилетиями мешали использованию органики в электронике», — заключил Франко.
Исследователи создали сверхтонкий проводник, который изменит будущее электроники
Микросферы из чистого золота помогли решить ключевую проблему современной электроники