Ученые ТГУ разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

24 Августа 2016

Физики Томского государственного университета совместно с немецкими коллегами ведут расчеты новых свойств органических молекул, которые возникают при их взаимодействии с металлической поверхностью. Эти свойства могут найти применение в молекулярной электронике.

По сравнению с традиционной полупроводниковой электроникой молекулярная электроника, основанная на использовании органических молекул, обладает целым рядом преимуществ. Одно из них – меньшее потребление энергии. Еще один плюс – существует большое разнообразие органических молекул с самыми разными свойствами и, соответственно, появляется больше возможностей для создания технических устройств.

Изучением поведения органических молекул на поверхности металлов, занимаются на кафедре физики полупроводников ФФ.

– Существуют два способа взаимодействия молекулы с металлической поверхностью: образование химической связи между молекулой и металлом и притяжение за счет сил Ван-дер-Ваальса, – рассказывает доцент кафедры физики полупроводников ФФ Сергей Филимонов. – Принято считать, что связь Ван-дер-Ваальса гораздо слабее по сравнению с химической связью. Однако существуют системы, в которых вклад этих видов взаимодействия сопоставим. Такие системы могут обладать необычными свойствами, которые можно использовать для создания новых типов электронных приборов.


В качестве органического материала ученые выбрали производную бензола – триазин – молекулу с жесткой шестигранной структурой. Считалось, что подобные молекулы не подвергаются существенной деформации при взаимодействии с металлом и, соответственно, их свойства не меняются. Однако в ходе исследований обнаружилось, что это не так. На поверхности металла под воздействием сил Ван-дер-Ваальса молекула изгибается, приобретает новые свойства.

Изменяя характер связи молекулы с металлом с помощью внешнего воздействия, можно получить «молекулярный переключатель» и использовать его в качестве элементов памяти: в одном состоянии молекула работает как ноль, в другом – как единица. Поскольку размеры молекул очень малы, то это позволит записывать гораздо больше информации на один квадратный сантиметр.

Расчеты свойств молекул томские ученые проводят по методике, разработанной в Институте Фрица Габера (Германия), где недавно побывал Сергей Филимонов.

– Наши коллеги из Германии занимаются разработкой методов расчета электронной структуры материалов. Один из методов позволяет с высокой точностью учитывать силы Ван-дер-Ваальса. Его мы используем для расчета силы взаимодействия в тех системах «металл-молекула», которые изучаем.

Сейчас по итогам исследований готовится совместная статья в международный журнал.