Созданы работающие электронные устройства с молекулярными слоями меньше нанометра

Учёные MIT создали свыше 1000 устройств с молекулярными контактами, достигнув эффективности до 99% и стабильной работы на протяжении 100 000 циклов измерений

Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ внедрения молекул в электронные устройства, используя стандартные методы производства полупроводников. Эта технология получила название self-assembled contacts — «самособирающиеся контакты»: сначала формируется основная структура устройства, а затем молекулярный материал добавляется таким образом, чтобы электрические соединения формировались самостоятельно и не повреждали молекулы.

Молекулы представляют интерес для вычислительных, сенсорных, оптических и квантовых технологий благодаря их настраиваемым свойствам на атомном уровне. Тем не менее, традиционное производство микросхем использует агрессивные химические реагенты и другие методы, которые могут разрушать хрупкие молекулярные структуры. Это затрудняет соединение молекул с металлическими электродами и массовое производство таких устройств.

В демонстрационном устройстве команда сначала изготовила два металлических электрода с заранее определённым зазором. Затем поверхности покрыли молекулярным слоем. При испарении жидкости капиллярные силы (взаимодействия, которые затягивают жидкость в узкие промежутки) подтянули верхний электрод к молекулам. После этого слабые взаимодействия между близко расположенными поверхностями поддерживали контакт, не разрушая отдельные молекулы.

По данной методике было создано более 1000 электрически активных устройств с молекулярными слоями толщиной менее 1 нм. Доля исправно работающих устройств достигала 99%, и они сохраняли стабильную работу на протяжении 100 000 циклов измерений. Спектроскопические измерения комбинационного рассеяния света подтвердили сохранность молекул после изготовления.

«Наша платформа сочетает в себе масштабируемость традиционного производства полупроводников с точностью и контролем самосборки», — отметила Фарназ Нирои, доцент кафедры электротехники и информатики MIT. По словам Питера Саттертуэйта, одного из авторов исследования, добавление хрупких материалов только после создания основных компонентов позволяет применять стандартные производственные методы, которые обычно не совместимы с наноматериалами.

Команда также продемонстрировала системную интеграцию устройств в перекрёстной матрице молекулярной памяти. Данная архитектура выполнила векторно-матричное умножение — ключевую операцию нейроморфных вычислений, имитирующих некоторые принципы обработки информации в нервной системе. Авторы рассматривают предложенный подход как базу для массивов молекулярной памяти и интеграции других наномасштабных и квантовых материалов в электронные устройства.