Атомные переключатели приближают молекулярную электронику к реальности

Исследователи из Японии разработали серебряные атомные переключатели, которые создают стабильное электрическое соединение между отдельными молекулами и электродами. Это решает ключевую проблему «проводки» в молекулярной электронике.

Атомный переключатель работает, формируя и разрывая крошечную серебряную нить внутри тонкой плёнки оксида тантала. При положительном напряжении атомы серебра перемещаются, создавая проводящий мостик между двумя электродами, и переключатель включается. Обратное напряжение разрывает нить, выключая его. Автор: Institute of Science Tokyo

Переключатель работает, формируя и разрывая серебряные атомные нити при подаче и обращении напряжения, что соответствует состояниям «включено» и «выключено». Этот метод позволяет масштабируемо интегрировать молекулярные компоненты, открывая путь к созданию сверхкомпактных и энергоэффективных схем из отдельных молекул.

Как работает серебряный атомный переключатель

Переключатель формируется на тонкой плёнке оксида тантала (Ta₂O₅). Вводятся молекулы ацетилена, и приложение небольшого напряжения формирует серебряные атомные нити, которые соединяются с этими молекулами. Разрыв нити приводит к тому, что молекула ацетилена оказывается «в ловушке» между оставшимися атомами серебра, образуя молекулярный контакт и позволяя току протекать через саму молекулу.

Схематическое изображение экспериментальной установки для управления структурой нити с помощью атомного переключателя. Автор: Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202507653

Устройство стабильно работало при низких напряжениях (около 0,3 В) как в условиях сверхвысокого вакуума, так и в среде ацетилена. Эксперименты с использованием спектроскопии неупругого туннелирования электронов подтвердили, что электрическое соединение существует на молекулярном уровне.

Эта технология устраняет необходимость физической регулировки электродов для формирования молекулярных контактов — процесс, который долгое время ограничивал молекулярную электронику лабораторными экспериментами. Использование атомных переключателей позволяет создавать множество молекулярных соединений автоматически и одновременно.

Как отмечает руководитель исследования Сатоси Канэко, эта работа открывает путь к созданию энергоэффективных молекулярных устройств, таких как переключатели и сенсоры, использующие квантовые свойства молекул.

Исследование было опубликовано в журнале Small 25 октября 2025 года.