Molekuły jako obwody elektryczne

Elektronika na bazie krzemu posiada pewne ograniczenia – w fizycznym tego słowa znaczeniu. Obwód oparty o ten materiał nie może być wykorzystany w skali nano ze względu na prawa fizyki regulujące przepływ elektronów. Nakłada to oczywiste ograniczenia na proces miniaturyzacji urządzeń elektronicznych.

Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie jako układu elektronicznego cząsteczek, ale ich niewielkie zdolności przewodzenia sprawiają, że kandydatura ta zazwyczaj rozpatrywana jest z przymrużeniem oka. Nie jest to, jednak niemożliwe, co wykazał międzynarodowy zespół badawczy, złożony z Ryana Requista, Eria Tosattiego oraz Michele Fabrizio z International School for Advanced Studies (SISSA) w Trieście.

Efekt Kondo został po raz pierwszy opisany w ubiegłym wieku przez japońskiego fizyka Jun Kondo. Polega na dziwnym ruchu elektronów w materiale, gdy zanieczyszczenia magnetyczne, czyli bardzo mała ilość cząsteczek magnetycznych (rzędu promila), takich jak żelazo jest dodawana do materiałów przewodzących prąd typu złoto czy też miedź. Nawet cząsteczki, takie jak tlenek azotu zachowują się jak zanieczyszczenia magnetyczne, gdy umieścić je między metalowymi elektrodami. Ten efekt, według autorów badań, może być wykorzystany do zmiany przewodności między nimi. Requist i Tosatti stworzyli model komputerowy efektu Kondo, który pozwala przeprowadzać prognozy dotyczące zachowania się cząsteczek. Modele zostały następnie przetestowane w rzeczywistych warunkach.

„Każdy elektron posiada mechaniczny lub magnetyczny moment obrotowy, zwany spinem.", wyjaśnia Erio Tosatti. „Efekt Kondo jest z nim bezpośrednio związany – zmienia go w obecności zanieczyszczenia magnetycznego. Powoduje to ruch elektronów w materiale, co w skali makro objawia się, na przykład wzrostem oporności wewnętrznej."

Wyniki są zachęcające. „Nasza praca pokazuje po raz pierwszy, że możliwe jest ilościowe określenie działań efektu Kondo i pozwala stworzyć teoretyczną podstawę do podobnych obliczeń z większymi i bardziej złożonymi cząsteczkami. W przyszłości może to być pomocne przy poszukiwaniu optymalnych cząsteczek do tworzenia układów elektronicznych.", mówi Requist.

(rr)