• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • W kierunku molekularnej elektroniki

    13.12.2009. 21:10
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    Badania naukowe wskazują, iż pojedyncze cząsteczki mają różne właściwości elektryczne, w zależności swego kształtu (konformacji). Ta informacja może nieco utrudnić prace nad molekularnym komputerem, którego "procesor" zbudowany byłby z molekularnych tranzystorów, donosi "Physical Chemistry Chemical Physics".

    Według prawa Moore'a, siła obliczeniowa nowoczesnych komputerów jest podwajana co 24 miesiące. Zmiany te nie zachodzą przy udziale czarodziejskiej różdżki, a jedynie dzięki ciężkiej pracy naukowców zaangażowanych w rozwój nowoczesnych technologii.
    W świecie naukowym od dłuższego czasu prowadzone są próby opracowania super wydajnych komputerów, których niewyobrażalna dziś moc obliczeniowa wynikałaby z zastosowania procesorów zbudowanych w oparciu o molekularne tranzystory.

    Badania przeprowadzone przez japońskich naukowców z National Institute for Materials Science wskazują, iż konstrukcja molekularnych komputerów może być nieco bardziej skomplikowana niż dotychczas zakładali naukowcy zaangażowani w prace nad tym problemem.

    Podczas eksperymentów z użyciem nowoczesnego skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) zmodyfikowanego w taki sposób, iż pozwalał na prace na pojedynczych atomach (ang. atomically small scanning tunneling microscope) okazało się, iż badane cząsteczki w zależności od swego kształtu, układu (inaczej określanego konformacją) posiadają inne właściwości elektryczne. Z punktu widzenia chemicznego badana molekuła była tą samą substancją, lecz o zupełnie innych cechach fizycznych.

    Badania polegały na równomiernym pokryciu powierzchni złotej elektrody pojedynczą warstwą cząsteczek barwnika - różu bengalskiego, w taki sposób, iż grupa hydroksylowa każdej z nich skierowana była w stronę sondy skanującej mikroskopu STM. Następnie za pomocą skanującej sondy "wyrywano" pojedynczą cząsteczkę barwnika, i dokonywano pomiarów przewodnictwa mierzonego pomiędzy końcówką sondy, a złotą elektrodą. W tym samym czasie, do sondy (z molekułą barwnika) przykładano pole elektryczne, które orientowało w różny sposób przyczepioną cząsteczkę różu bengalskiego.

    Dzięki analizie wyników udało się stwierdzić, iż w zależności od układu czy kształtu cząsteczki, zmienia się jej charakter elektryczny - jej właściwości, dzięki którym ta sama cząsteczka mogła być np. tranzystorem lub diodą.

    Według naukowców, najnowsze badania wskazują, iż traktowanie molekuł, jako prostych mniejszych zamienników układów scalonych jest nieuzasadnione. Może to znacznie utrudnić i opóźnić rozwój technologii opartej na molekularnych układach elektronicznych.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Mechanika molekularna to metoda chemii obliczeniowej wykorzystującą mechanikę klasyczną do modelowania układów molekularnych. Energia potencjalna każdego rozpatrywanego systemu jest wyznaczana za pomocą odpowiedniego pola siłowego. Mechanika molekularna może zostać użyta zarówno do badania prostych cząsteczek jak i złożonych biomolekuł oraz układów nanotechnologicznych zbudowanych z milionów atomów. Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie. Stała Hamakera – współczynnik proporcjonalności w wyrażeniach określających zależność siły oddziaływania od odległości pomiędzy obiektami o różnym składzie chemicznym (cząsteczki, cząstki np. koloidalne, obiekty makroskopowe – odrębne fazy) oraz różnych kształtach. Wielkość stałej Hamakera zależy także od ośrodka w którym te obiekty są umieszczone - pozwala np. w prosty sposób wytłumaczyć przyciąganie, jak i odpychanie pomiędzy ciałami fizycznymi w zależności od właściwości ośrodka w którym są zanurzone.

    Mikroskop sił tarcia (FFM – z ang. Friction Force Microscope) – mierzy boczne wychylenie, bądź skręcenie dźwigienki sondy skanującej na skutek działania sił równoległych do płaszczyzny badanego materiału. FFM obrazuje zarówno zmiany tarcia, jak również nachylenia powierzchni. Do skompensowania tego drugiego efektu wykonuje się dodatkowy pomiar przy użyciu mikroskopu sił atomowych AFM. Jako tryb pracy mikroskopu typu SPM występuje jako mikroskopia sił poprzecznych, z ang. LFM – Lateral Force Microscopy. Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych.

    Skaningowy mikroskop tunelowy (STM od ang. Scanning Tunneling Microscope) – rodzaj SPM, mikroskopu ze skanującą sondą (ang. Scanning Probe Microscope) – umożliwia uzyskanie obrazu powierzchni materiałów przewodzących ze zdolnością rozdzielczą rzędu pojedynczego atomu. Uzyskanie obrazu powierzchni jest możliwe dzięki wykorzystaniu zjawiska tunelowego, od którego przyrząd ten wziął swoją nazwę. W rzeczywistości STM nie rejestruje fizycznej topografii próbki, ale dokonuje pomiaru obsadzonych i nieobsadzonych stanów elektronowych blisko powierzchni Fermiego. Ten sam skrót używany jest do określenia gałęzi mikroskopii – STM (ang. Scanning Tunneling Microscopy). Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych.

    Miejsce adsorpcyjne (ang. adsorption site), inaczej centrum adsorpcyjne (ang. adsorption center). Jest to umowne określenie obszaru, na którym następuje adsorpcja cząsteczki adsorbatu. W przypadku adsorpcji zlokalizowanej ma to sens płytkiej studni potencjału adsorpcyjnego, w której cząsteczka jest utrzymywana (lokalizowana) dzięki mniej lub bardziej periodycznym zmianom potencjału oddziaływania adsorbat-adsorbent. W przypadku dużych cząsteczek adsorbatu, może się on adsorbować jednocześnie na wielu miejscach adsorpcyjnych. Morfogen - substancja, która wpływa na przyszły los komórki oraz wywiera na niej różny skutek w zależności od swego stężenia. Stworzono tzw. model morfogenu, który zakłada, że informacja pozycyjna powstaje wzdłuż danej osi organizmu na skutek syntezy morfogenu przez jego źródło, którym może być np: inna komórka, które znajduje się na jednym z krańców osi. Dyfuzja morfogenu z tego miejsca prowadzi do wytworzenia się gradientu morfogenu - w zależności od odległości od źródła jego stężenie jest inne co ma także odmienny wpływ na komórki docelowe, które różnicują się w odmienny sposób. By wyzwolić określony wzór ekspresji stężenie morfogenu musi przekroczyć pewne stężenie progowe.

    Plan badania jest jednym z etapów badania naukowego, określający jego cel i przebieg. Struktura planu badania może się różnić w zależności od dziedziny wiedzy, której dotyczy.

    Termiczny mikroskop skaningowy (z ang. TSM – Thermal Scanning Microscope) – mierzy przewodność cieplną powierzchni badanego materiału. Dźwigienka, wykonana z dwóch rodzajów metali, różniących się właściwościami przewodnictwa cieplnego, reaguje różnym wychyleniem na zmiany przewodności cieplnej próbki. Sonda skanująca nie styka się z badaną powierzchnią. W wyniku pomiaru otrzymuje się obraz topografii próbki.

    Jeśli dwie cząstki (atomy, jony, rodniki lub cząsteczki) mają tę samą ilość orbitali frontalnych, które mają podobny kształt i energię i obsadzone są tą samą ilością elektronów to określa się je mianem izolobalnych (od greckich słów isos=taki sam, lobos=nakrywać).

    Dodano: 13.12.2009. 21:10  


    Najnowsze