Moleküller, sonraki nesil cihazlar yapmak için mevcut en küçük yapı taşlarından biridir. Eşsiz ve özelleştirilebilir özellikleri, yeni ortaya çıkan hesaplama, algılama, optik ve kuantum teknolojilerinde umut verici uygulamalara olanak tanır.
Ancak moleküllerin işlevsel cihazlara ölçekli bir şekilde entegre edilmesi hala bir zorluk teşkil etmektedir. Geleneksel yarı iletken üretim süreçleri, küçük ve hassas moleküler malzemelere zarar verebilir. Şimdi, MIT araştırmacıları, zarif moleküler malzemeleri bir çip üzerindeki elektronik cihazlara zarar vermeden entegre eden ölçeklenebilir bir üretim tekniği geliştirdi.
Bu yöntem, standart yarı iletken üretim süreçlerinin yeteneklerini molekülleri barındıracak şekilde genişletmektedir. Araştırmacılar önce cihaz bileşenlerini geleneksel süreçleri kullanarak önceden üretirler. Ardından, molekülleri tanıtır ve mekanik olarak üretilen cihazı dönüştürmek için nanoskalada yüzey kuvvetlerini kullanarak, moleküllere zarar vermeden kendiliğinden montaj yaparlar.
Ekip, sub-nanometre moleküler katmanlar kullanarak 1.000'den fazla cihaz üreterek tekniklerinin dayanıklılığını ve ölçeklenebilirliğini göstermiştir.
“Platformumuz, geleneksel yarı iletken üretiminin ölçeklenebilirliğini, kendiliğinden montajın hassasiyeti ve kontrolü ile birleştiriyor. Bu, moleküller de dahil olmak üzere yeni nesil nanoskalada ve kuantum malzemelerinin işlevsel cihazlara ölçeklenebilir, yüksek verimli entegrasyonu için yeni bir üretim çerçevesi oluşturuyor,” diyor elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimi (EECS) doçenti, Elektronik Araştırma Laboratuvarı (RLE) üyesi ve çalışmayı tanımlayan yeni bir makalenin kıdemli yazarı Farnaz Niroui.
Makaledeki diğer yazarlar arasında EECS yüksek lisans öğrencileri olan eş-yazarlar Sarah Spector ve Peter Satterthwaite; MIT'de A. Thomas Guertin Kimya Profesörü olan Jeremiah A. Johnson; ve MIT'deki diğerleri bulunmaktadır. Araştırma, bugün Nature Nanotechnology dergisinde yayımlanmıştır.
Moleküllerle inşa etmek
Moleküller, yapıları ve kimyaları hassas bir şekilde tasarlanabilen küçük atom kümeleridir. Bu, özelliklerinin geniş bir tasarım alanında mühendislik ile şekillendirilmesine olanak tanır.
Cihaz mimarilerine entegre edildiklerinde, bu moleküller, daha küçük, daha hızlı ve daha uyumlu olan yeni nesil elektronik ve hesaplama platformlarını, ayrıca daha yüksek performanslı fotonik cihazları ve yeni ortaya çıkan kuantum teknolojilerini mümkün kılabilir.
Fonksiyonel bir sistem inşa etmek için, moleküler yapı taşlarının diğer cihaz katmanlarıyla entegre edilmesi gerekmektedir. Elektronik sistemlerde, kritik bir adım, moleküllere elektriksel temas sağlamaktır; bu, onları metal yüzeylerle birleştirerek yapılır. Ancak, geleneksel çip üretimi için gereken sert kimyasallar ve süreçler, bu hassas moleküler malzemelere zarar vererek güvenilirliği ve performansı azaltır.
MIT araştırmacıları, standart üretim tekniklerinin ölçeklenebilirliğinden yararlanırken molekülleri işlemek için gereken hassasiyeti elde etmek amacıyla, ayrık, iki aşamalı bir yaklaşım geliştirdiler.
Öncelikle, tüm cihaz bileşenlerini standart yarı iletken üretimi kullanarak üretirler, ardından moleküler malzemeyi sonradan entegre ederek cihazı tamamlarlar.
“Hassas malzemeleri, ana cihaz elemanlarını ürettikten sonra sürece dahil ederek, bu nanomalzemelerle genellikle uyumlu olmayan geleneksel süreçleri kullanmamıza olanak tanıyor,” diyor Satterthwaite.
Gösterimlerinde, araştırmacılar, tam olarak boyutlandırılmış bir boşlukla ayrılmış iki metal elektrot içeren bir iskelet ürettiler. Ardından, moleküler katmanı elektrot yüzeylerine yerleştirdiler.
Son olarak, araştırmacılar nanoskalada kuvvetleri kullanarak üst elektrodu moleküllerin üzerine nazikçe çekerek, nihai cihazı yıkıcı olmayan bir şekilde oluşturdular. Bu, moleküllere kendiliğinden hizalanmış, zarar vermeyen bir elektriksel temas yaratır.
Kuvvetleri kullanmak
Ağırlık, dünyamızı bir arada tutan baskın fiziksel kuvvetlerden biridir, ancak nanoskalada farklı kuvvetler baskındır. Bunlardan biri, sıvının küçük alanlara çekil
