Молекулярный транзистор

Теоретически для хранения бита информации подходит двухуровневая система, которую относительно легко можно перевести из одного состояния в другое.

Молекулярный транзистор - транзистор размером с одну молекулу, которая может существовать в двух устойчивых состояниях с разными физическими свойствами.

Еще в 1959 году Ричард Фейнман высказал идею - молекулы, обладающие определенными свойствами, смогут работать как элементарные переключатели и заменить собой транзисторы.

Размеры молекулярного транзистора будут на два порядка меньше самых миниатюрных кремниевых транзисторов, а его эффективность (снижение мощности переключения, увеличение рабочей частоты переключений) может оказаться в млрд. раз отличаться по сравнению с современным кремниевым транзистором.

Переводить молекулу из одного состояния в другое (“переключать”) можно с помощью различных полей – электромагнитного (светового и инфракрасного диапазонов), магнитного поля и т.д., т.е. формируя однобитную систему, воспроизводящую на молекулярном уровне функцию классического ключевого транзистора.

Веществ, молекулы которых, могут менять свою структуру при определенном физико-химическом воздействии, известно достаточно.

Например:

- спиробензопирены «переключаются» в другое состояние под действием ультрафиолета, а обратно - с помощью обычного света.

- молекулярный транзистор из тиона.

Тионы - органические вещества со свойствами полупроводников.

Bell Labs (2001 г) получила органическую молекулярную структуру с двумя устойчивыми состояниями, “преобразующую” логический ноль в единицу и обратно.

Размер канала этого органического транзистора равен длине одной молекулы (1-2 нм).

Молекулярный транзистор (промышленный) - 2020-2025 гг???.

Cпиновый транзистор

Иан Аппельбаум (Делавэрский университет, США), 2007г.

Спин электрона (собственный момент количества движения) - это внутренняя характеристика электрона, имеющая квантовую природу и не зависящая от движения электрона.

Спин электрона может находиться в одном из двух состояний — либо «спин-вверх» (направление спина совпадает с направлением намагниченности магнитного материала), либо «спин-вниз» (спин и намагниченность разнонаправлены).

Электроны в веществе в среднем неполяризованы - электронов со спином вверх и со спином вниз примерно поровну.

Для получения достаточно сильного спинового тока необходимо поляризовать спины, упорядочив их в одном направлении.

Кроме того необходимо чтобы время жизни спина (время, в течение которого направление спина не меняется) было достаточно большим для передачи электрона на нужные расстояния.

Для манипуляции спиновыми свойствами, характеризующимися направлением спина и временем его жизни, необходимо использовать внешнее магнитное поле.

Спиновый транзистор будет обладать высокой скоростью реагирования на управляющий сигнал и потреблять значительно меньше энергии, чем устройства традиционной электроники.

Достоинства:

- переворот спина, в отличие от перемещения заряда, практически не требует затрат энергии;

- в промежутках между операциями спинтронное устройство отключается от источника питания;

- при изменении направления спина кинетическая энергия электрона не меняется, и значит, тепла почти не выделяется;

- скорость изменения положения спина (переворот спина) осуществляется за несколько пикосекунд.

Графеновый полевой транзистор — FET транзистор из графена.

Открытый в 2004 году наноматериал под названием графен (Graphene) сформирован из "сотовой" решётки атомов углерода атомарной толщины.

Андрей Гейм, Константин Новоселов - лауреаты Нобелевской премии в области физики за 2010 год за создание графена.

Отличительное свойство графена – рекордно высокая подвижность носителей (электронов, и дырок).

Этот материал перспективен для достижения высоких рабочих частот, до 100 ГГц (корпорации IBM) и в перспективе – вплоть до терагерца.

СВЧ транзисторы на основе дорогих полупроводниковых материалов – фосфида индия или арсенида галлия – имеют аналогичные характеристики.