המעגל המשולב המולקולארי פותח על ידי קבוצת מחקר בינלאומית של כימאים ופיזיקאים מהמרכז לננו-מדעים במחלקה לכימיה באוניברסיטת קופנהגן והאקדמיה הסינית למדעים. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Advanced Materials.
| קספר נאוגארד, אוניברסיטת קופנהגן. תמונת יח"צ |
רכיבי אלקטרוניקה המורכבים ממולקולות יחידות בעזרת סינתזה כימית יכולים לסלול את הדרך לפיתוחם של התקנים אלקטרוניים זעירים, מהירים וידידותיים יותר לסביבה. כעת, הצליחו חוקרים, לראשונה אי-פעם, לפתח טרנזיסטור המורכב מחד-שכבה מולקולארית, טרנזיסטור שפעל כהלכה בשבב מחשב.
המעגל המשולב המולקולארי פותח על ידי קבוצת מחקר בינלאומית של כימאים ופיזיקאים מהמרכז לננו-מדעים במחלקה לכימיה באוניברסיטת קופנהגן והאקדמיה הסינית למדעים. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Advanced Materials. פריצת הדרך התאפשרה בזכות שימוש חדשני בחומר הדו-ממדי המרתק גראפן (graphene).
פרופסור Kasper Nørgaard מאוניברסיטת קופנהגן סבור כי היתרון הראשון של שבב הגראפן שזה עתה פותח יהיה בהקלת הבדיקות של רכיבי אלקטרוניקה מולקולאריים עתידיים. יחד עם זאת, הוא צופה כי ממצאיהם מהווים את הצעד הראשון לקבלת מעגלים משולבים מולקולאריים יעילים. "בחומר גרפן טמונות תכונות מרתקות במיוחד, שאותן לא ניתן למצוא בחומרים אחרים. המחקר שלנו מוכיח, לראשונה אי-פעם, כי ניתן לשלב רכיב מולקולארי פונקציונאלי המבוסס על גראפן בתוך שבב. אני באמת מאמין כי פריצת הדרך הזו זכאית להתנוסס על העמוד הראשון של חדשות המדע," אומר החוקר.
שבב המחשב המולקולארי מורכב משכבה אחת של זהב, שכבה אחת של רכיבים מולקולאריים אחרים ושכבה דקיקה במיוחד של חומר פחמני מסוג גראפן, כולן מוערמות אחת מעל השנייה בצורת כריך. הטרנזיסטור שב"כריך" עובר מיתוג (דלוק/כבוי) באמצעות איתות בצורת אור ומנצל בכך את התכונות האלקטרוניות הייחודיות של החומר גראפן. למרות שחומר זה מורכב מאטומי פחמן בלבד (המרכיבים גם את החומר גרפיט) הוא שקוף כמעט לחלוטין.
המצוד אחר טרנזיסטורים, תילים, מחברים ורכיבי אלקטרוניקה אחרים המורכבים ממולקולות יחידות גרם לחוקרים בתחום זה להתאמץ יומם וליל. בניגוד לרכיבי אלקטרוניקה אחרים, צפוי כי הרכיבים החדשים לא יכילו בתוכם מתכות כבדות שהינן רעילות לאדם ולסביבה ולעיתים אף יקרות. לאור זאת, הם אמורים להיות זולים ובטוחים יותר לקרקע, למקורות המים ולבעלי חיים. לרוע המזל, בדיקת טיב פעילותם של רכיבים פונקציונאליים אלו היה קשה במיוחד. עד עכשיו, כלומר.
בעבר, הבדיקות של רכיבים מיקרוסקופיים הובילו את החוקרים להשתמש בשיטה המתוארת בצורה הטובה ביותר כהגרלה. על מנת לבדוק אם מולקולה חדשה מוליכה זרם או מבודדת, החוקרים נאלצו להניח חופן מולקולות בין שני תילים מוליכי חשמל, ולקוות שלפחות מולקולה אחת מספיק קרובה למעגל החשמלי.
בעזרת שבב הגראפן החדשני, חוקרים יוכלו עתה למקם את המולקולות החדשות שלהן בדיוק רב יותר ולבדוק אם הן אכן מוליכות חשמל, או מבודדות. בעזרת שיטה זו ניתן יהיה לבחון את הפונקציונאליות של תילים, מחברים ודיודות מולקולאריים באופן מהיר ופשוט יותר, וכך הכימאים יקבלו תשובה מידית לשאלה האם הם צריכים להמשיך ולפתח עוד את המולקולות שנבדקו או שהן מספיק פעילות, מסביר החוקר הראשי.
"פיתחנו עיצוב המתאים לסוגים רבים של מולקולות," ממשיך ומסביר החוקר הראשי: "לאור העובדה כי צורת הגראפן קרובה יותר למבנה האמיתי של שבב מחשב, הפיתוח שלנו מאפשר לבחון רכיבים אלקטרוניים בצורה קלה יותר, ויחד עם זאת הוא מהווה גם שלב חשוב במסלול להכנת מעגלים משולבים מעשיים המבוססים על רכיבים מולקולאריים."
| {loadposition content-related} |
