Материал: Презентация УФЭ (9)

Функциональная молекулярная электроника

3., 4., 5. Генерация, управление и детектирование ДН

Динамическими неоднородностями типа электронов и солитонов в молекулярных структурах можно управлять.

В молекулярной системе, в которой двойная связь является частью большой полиацетиленовой цепочкой, под воздействием поляризованной фотоактивации включается процесс переноса электронов.

При прохождении солитона фотоактивационный процесс становится невозможным. Т.е. солитон включает реакцию внутреннего переноса заряда, а изменения в спектре поглощения олефина может служить детектором, регистрирующим прохождение солитона.

Генерация солитонов осуществляется в процессе протонного туннелирования, например, между вторичным анином и кетонной группой трансполиацетилена в присутствии

11

Функциональная молекулярная электроника

Молекулярные устройства

Хранение бита информации в солитонной памяти определяется наличием или отсутствием солитона, а число хранимых битов зависит от скорости распространения солитона и длины сопряженного полимера.

Сопряженный полимер связывает генератор солитонов (ГС) и электронный туннельный переключатель (ТП).

При одновременном прибытии положительного и отрицательного солитонов срабатывает туннельный переключатель.

Солитонные устройства памяти не имеют высокого быстродействия, однако,

отличаются высокой плотностью хранения информации.

Оценки показывают, что если расстояние между солитонами составляет ~ 200 Å, а

расстояние между центрами цепочек ~ 50 Å, то информационная емкость близка к

~1018 бит/см3.

12

Функциональная молекулярная электроника

Молекулярные устройства

В устройствах памяти могут быть использованы и пленки Ленгмюра – Блоджетт. Каждая молекулярная система имеет свою частоту поглощения. Запись информации осуществляется избирательно в ансамбль молекул трехмерной молекулярной пленки с помощью лазерного излучения определенной частоты. Считывание информации осуществляется за счет обратных физических явлений. Использование свойств молекулярных структур позволяет создать трехмерные запоминающие устройства высокой информационной емкости.

Существуют различные идеи построения молекулярных компьютеров. Их микросборка, например, может быть осуществлена химическим осаждением из газовой фазы. Последовательность химических превращений при создании молекулярной вычислительной машины рассчитывается по заданному алгоритму.

В итоге к базовой молекуле добавляются все новые и новые звенья, формируются проводники, изоляторы, вентили, компоненты вычислительных устройств. Так,

например, размер молекулярного вентиля может быть меньше одной сотой микрометра, а плотность сборки может достичь 1018 вентилей/см3.

13

Функциональная молекулярная электроника

Молекулярные устройства

Процессор и память гипотетического молекулярного компьютера занимают объем ~ 1 см и монтируются на криостате, который предотвращает нагрев контактов и снижает химическую активность молекул. Для уменьшения количества межсоединений предусматривается использование оптических каналов для вводавывода информации.

Обработка информационных массивов молекулярными системами имеет ряд особенностей, среди которых важнейшими являются:

гигантский параллелизм переработки информации;

высокая эффективность преобразования информации;

значительная информационная сложность исходных операций;

способность к изменчивости и эволюции молекулярных компонентов устройств переработки информации и эволюционному обучению (самообучению) устройств;

динамические механизмы переработки информации, основанные на сложных нелинейных процессах.

14