Исследователи Колумбийского университета сообщили о том, что им удалось создать диод из одной молекулы, который может использоваться в устройствах наномасштаба. Как утверждается в научной статье «Single-Molecule Diodes with High On-Off Ratios through Environmental Control», новая технология позволяет создавать диоды c производительностью в 50 раз выше, чем у предшественников.
Идея создания «одномолекулярного» диода была впервые предложена в 1974 году. Ещё тогда выдвигалась теория, утверждающая, что молекула может работать как выпрямитель, или однонаправленный проводник электрического тока. С тех пор исследователи неоднократно предпринимали попытки создания одиночных молекул на металлических электродах, которые могли бы играть роль диодов, резисторов, переключателей или транзисторов. При этом в таких молекулах наблюдались различные квантовые механические эффекты, такие как интерференция, что негативно отражалось на их свойствах. Самой большой проблемой являлся очень низкий коэффициент выпрямления.
Инженеры Колумбийского университета предложили новый подход к созданию «одномолекулярного» диода с коэффициентом выпрямления более 250 (что в 50 раз больше предыдущих достижений) и сравнительно высоким током в прямом направлении (около 0,1 мкА). Габариты устройства настолько малы, что квантовые механические эффекты очень сильно влияют на работу диода. Поэтому создание такой молекулы с ожидаемым поведением и характеристиками является настоящим триумфом — считает руководитель проекта Лата Венкатараман (Latha Venkataraman).
Для борьбы с негативными квантовыми эффектами вместо использования ассиметричной структуры самого диода изобретатели создали так называемое ассиметричное окружение молекулы: соединения активных молекул были помещены в ионную среду, а для контакта с ними использовались золотые электроды разных размеров. Инженеры считают, что такая техника открывает путь к созданию атомной электроники с использованием разных перспективных материалов, в том числе и с графеновыми электродами. Целью дальнейшей работы учёных является усовершенствование дизайна диода, чтобы ещё повысить коэффициент выпрямления.