Всякая система, которая может находиться в двух хорошо различимых управляемых состояниях, в принципе, может быть использована в качестве основы для создания компьютерных компонентов. Особенно привлекательны в этом плане микроскопические системы, которые обеспечивают миниатюризацию устройств, а следовательно, и экономию энергии. И если до создания квантовых компьютеров, в которых управлению подлежат отдельные атомы, еще далеко, то управление на молекулярном уровне - уже свершившийся факт.

Недавно группе исследователей из Йельского университета (New Haven, Connecticut) удалось построить своего рода прототип молекулярной компьютерной памяти, где в качестве переключателей были использованы палочко-подобные органические молекулы с углеродной основой, которые способны проводить ток между двумя золотыми электродами. Эти молекулы действуют подобно крошечным проводничкам, которые в тысячи раз более миниатюрны, чем самые маленькие транзисторы в кремниевых чипах.

Механизм работы молекулярных переключателей следующий. В обычном состоянии молекулы являются плохими проводниками, но стоит только подать на один из электродов импульс напряжения, как электроны молекул переупорядочиваются, и электропроводность молекул заметно возрастает. Если считать состояние низкой электропроводности логическим 0, а высокой - логической 1, то получаем элементарный молекулярный переключатель. Оказалось, что такой переключатель способен выполнять функции памяти типа RAM.

Первый импульс напряжения, переводящий систему в состояние 1, соответствует записи информации. Эта информация может быть считана последующими импульсами, которые определяют, в каком состоянии находится молекула - 0 или 1. Записанная информация может быть также стерта посредством приложения отрицательного напряжения.

В прототипе, созданном Марком Ридом с коллегами, молекулы помещались между плоским верхним и куполоподобным нижним электродами. Контакт между электродами создавался в зоне, содержащей тысячи молекул. Все они переключались согласованно под действием приложенного напряжения, так что один бит информации записывался этими тысячами молекул. Это, конечно, "расточительно". Но, тем не менее, созданный прототип значительно меньше по размерам, чем транзистор. Для создания действующего устройства молекулярной памяти необходимо научиться управлять каждой молекулой независимо - так, чтобы на одну молекулу-переключатель приходился один бит информации, а также обеспечить высокую скорость переключения и долговременную стабильность хранения информации.

Сергей САНЬКО

При подготовке статьи был использован материал журнала "Nature".