Для изготовления электронного прибора на основе молекул нужно соединить их с металлическими контактами. Стандартные процессы литографии, травления и отжига, которые используются в производстве полупроводников, разрушают органические и многие неорганические молекулы. Исследователи из Массачусетского технологического института предложили разделить процесс на два этапа: сначала изготовить чисто механическую структуру (например, две металлические пластины с зазором между ними), а только потом — ввести молекулы и замкнуть контакт.

Вместо того чтобы пытаться «приклеить» молекулы к уже готовым электродам, инженеры сделали верхний электрод подвижным. После нанесения раствора с молекулами на структуру он начинает испаряться и вступает в действие капиллярная сила — та же, что заставляет воду подниматься по стеблю растения. Она аккуратно притягивает верхний электрод вниз, к нижнему, а молекулы оказываются зажатыми между ними. Чтобы зафиксировать это состояние, используется ван-дер-ваальсова сила — слабое притяжение между поверхностями, которое при правильном расчете площадей и материалов оказывается достаточно сильным, чтобы удержать структуру стабильной, но не настолько, чтобы раздавить молекулы.

Команда изготовила более 1000 устройств с молекулярными слоями толщиной менее одного нанометра. Средняя доля работающих устройств составила 96%, что сопоставимо с промышленными показателями для традиционных чипов. Более того, устройства выдержали десятки тысяч циклов электрического переключения без признаков деградации, продемонстрировав готовность к практическому применению.

Исследователи не ограничились одиночными устройствами — они создали целый массив взаимосвязанных молекулярных элементов памяти, пишет MIT News. Такие массивы могут лечь в основу вычислительных систем нового типа, где информация хранится не в виде электрических зарядов, а за счет переключения молекулярных состояний.

В дальнейших планах — использовать эту технологию для создания устройств, которые одновременно выполняют вычислительные и сенсорные задачи, а также для новых квантовых компонентов.

Современная полупроводниковая индустрия приближается к физическим пределам миниатюризации. Длина затвора самых передовых транзисторов уже менее 15 нм. На таких масштабах начинают доминировать квантовые эффекты, приводящее к утечкам тока, перегреву и резкому росту стоимости производства. Новое исследование иллюстрирует интерес к радикально иной концепции — молекулярной электронике, где отдельные молекулы выступают в роли активных компонентов.