Современная электроника №8/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 11 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2023 Результаты проделанных экспери - ментов и модельных расчётов пока - зали , что проводимость самособи - рающегося монослоя пептидной молекулы можно модулировать внеш - ним импульсным напряжением раз - личной формы и длительности . Управляемая электрическим полем накачка и миграция положительных ионов Ag+ в пептидных молекулах может динамически контролировать ток , проходящий через соединение . Наличие этого эффекта позволяет , в принципе , перенаправлять сигналы в соответствии с « синаптическим весом » (synaptic weight). Данную работу можно расценивать как экспериментальную демонстрацию молекулярного искус - ственного синапса . Следует обратить внимание на то , что однозначного теоретического описания механизмов переключения в мемристорах описанного выше типа пока ещё не существует . Можно также отметить , что в совре - менной концепции понятие мемристо - ра в общем случае включает любую форму энергонезависимой памяти , основанной на переключении сопро - тивления , которое увеличивает про - текание тока в одном направлении и уменьшает протекание тока в проти - воположном направлении . Мемристо - ры , которые считаются подкатегори - ей резистивной ОЗУ , являются одной из нескольких технологий хранения , которые , по прогнозам , заменят флеш - память . Если бы можно было заменить дина - мическую оперативную память и жёст - кие диски мемристорами , теоретиче - ски можно было бы создать аналоговые компьютеры , способные выполнять вычисления на тех же чипах , которые хранят данные . Поэтому многие круп - ные ИТ - компании изучают возможно - сти использования мемристоров на органических молекулах для созда - ния миниатюрных , быстрых компью - теров с низким энергопотреблением , которым не требуется передача данных между энергозависимой и энергонеза - висимой памятью . Одномолекулярные аналоги диодов и транзисторов В англоязычной литературе и в пере - водных статьях часто различные тер - мины используются для обозначения одних и тех же устройств . Так , например , в одних случаях одно - молекулярные диоды называют single – molecule rectifier (SMR), а в другом single – molecule transistor (SMT). Поэтому целесообразно разграни - чить понятия , которые перекочевали в молекулярную электронику из клас - сической электротехники . В самом общем случае термин « диод » (diode) обозначает активный электронный компонент с двумя элек - тродами , который пропускает ток в одном направлении и не пропускает в другом . Иными словами , диод – это неуправляемый вентиль . Часто такие диоды называют также выпрямите - лями (rectifier) или выпрямительны - ми вентилями (rectifier valve). В 1974 году химики из нью - йоркского университета (New York University) обосновали идею одномолекулярного выпрямительного диода , принцип дей - ствия которого был основан на исполь - зовании молекулярных орбитальных структур . Новое устройство авторы назвали «Molecular rectifiers» [15]. Однако экспериментальная реали - зация одномолекулярных выпрями - телей оказалась достаточно сложной задачей . Первый лабораторный макет одномолекулярного выпрямителя был изготовлен только в 2005 г . Этот макет был получен методом контролируемо - го механического разрыва и состоял из двух золотых электродов с органиче - ской молекулой компаунда молекул серы и золота , объединённых угле - родными связями [16]. В этой работе впервые была выявле - на асимметрия вольт - амперной харак - теристики в зависимости от приложен - ного напряжения , которая присуща кремниевым выпрямительным дио - дам . Следует особо подчеркнуть , что все опубликованные результаты работ по исследованиям SMR (SMT), цитиро - ванные в настоящей статье , относи - лись к лабораторным макетам , соз - данным с помощью методов STM (scanning tunnelling microscopy), либо EMJ (electro migration junctions), либо MCBJ (mechanically controllable break junctions). Эти технологии позволяют созда - вать с помощью сложного , коммерче - ски доступного оборудования некое устройство , в котором на подложке из изолятора размещены два или три контакта , между которыми закреплена одна органическая молекула . Именно одна молекула , а не наностержень , не нанопроволока и не наноплёнка . Ког - да речь идёт о единственной задейство - ванной молекуле (single molecule), то под таким устройством не подразуме - вается какая - то законченная деталь , оформленная в корпусе , которую мож - но потрогать и приобрести . Пока ещё современная наука и технологии про - изводства далеки от этого момента . Несмотря на то что с начала процесса изучения молекулярных диодов были выполнены многочисленные усовер - шенствования первоначальных вари - антов конструкции , разработчикам не удавалось преодолеть некоторые существенные недостатки . В первую очередь это касалось коэффициента выпрямления (rectification ratio – RR), определяемого как отношение прямого тока диода к обратному току ( это без - размерная величина ). Этот важнейший показатель выпрямителей у первого одномолекулярного диода составлял всего десять относительных единиц , в то время как у современных выпря - мительных кремниевых диодов эта величина превышает миллион единиц . Детальный анализ многочисленных экспериментов по исследованию все - возможных характеристик одномо - лекулярных диодов приведён в обзо - ре [17]. Для того чтобы преодолеть этот барьер , были предложены различные варианты , основанные на эффекте асимметрии процесса проводимости . Этот эффект может быть обусловлен нарушением внутренних связей , как простых [18], так и сложных органи - ческих молекул [19]. Кроме того , были предложены моде - ли одномолекулярных диодов , в кото - рых выпрямительный эффект прояв - лялся благодаря асимметрии концевых якорных групп , с помощью которых осуществлялась связь молекулы с выводными электродами [20]. Ситуация с коэффициентом выпрям - ления изменилась коренным образом после появления модернизированного метода механически контролируемо - го разрыва (Advanced of Mechanically – AMCBJ). Идея нововведения заклю - чалась в том , что в схему был введён третий управляющий электрод . Схе - ма метода AMCBJ показана на рис . 6. Введение третьего электрода затвора в схемы методов STM и AMCBJ прак - тически превращает макет устройства , полученный с их помощью , в молеку - лярный аналог полевого транзисто - ра . В классическом варианте транзи - стор определяется как электронный компонент , способный регулировать