Посчитай, крошка!

Создана самая маленькая в мире молекулярная вычислительная схема

Ученые из Олмейденского исследовательского центра корпорации IBM в Сан-Хосе (штат Калифорния) сообщили об очередном достижении в области создания молекулярных компьютеров. Им удалось создать простую вычислительную схему, состоящую из индивидуальных молекул оксида углерода (СО), нанесенных на плоскую медную подложку. По словам ученых, размер такой схемы в 260 тысяч раз меньше размера ее полупроводникового аналога.

Для создания схемы исследователи IBM использовали так называемый молекулярный каскадный эффект. С помощью двух сканирующих туннельных микроскопов они наносили на подложку пары молекул СО. На конце полученной структуры они размещали еще одну молекулу таким образом, чтобы три молекулы образовали угол. Такая конфигурация является нестабильной из-за повышенной энергии системы.

По этой причине угол разрушался, а одиночная молекула перескакивала к следующей паре молекул СО, образуя новую угловую конфигурацию. Та, в свою очередь, тоже разрушалась и так далее. Данное явление и получило название молекулярного каскадного эффекта, весьма сильно напоминающего всем известный эффект домино. Каскадный эффект приводит к появлению сигнала, который фиксировался в качестве выходного значения схемы.

На базе разработанного метода ученые смогли образовать из молекул два логических базовых вентиля: И и ИЛИ. Для создания вентиля И молекулы СО были размещены на подложке в форме буквы Y, причем в точке пересечения трех рядов парных молекул размещалась одиночная молекула СО. Если оба входа вентиля принимали значение "1", то есть на них создавался каскадный эффект, то после распада двух рядов в точке их пересечения образовывался угол из двух одиночных молекул, изначально размещенных на входах вентиля, и молекулы, находившейся в центре Y-образной структуры. В результате, нижний ряд парных молекул также разрушался, и на выходе фиксировалась двоичная единица.

Сходным образом устроен и вентиль ИЛИ. Однако ученые не ограничились созданием отдельных вентилей и сконструировали из них более сложную схему - сортировщик с тремя входами. Эта самая сложная из молекулярных схем была размером всего 12 x 17 нм.

Впрочем, у разработанных в IBM молекулярных схем есть серьезный недостаток - они не могут самостоятельно восстанавливать свою структуру. То есть после каждой операции схему необходимо собирать заново с помощью сканирующих туннельных микроскопов. Это достаточно трудоемкий процесс, отнимающий много времени, поэтому о практическом применении вычислительных схем на основе молекул оксида углерода говорить пока не приходится. Результаты исследований опубликованы в журнале Science.