Долгое время вычислительные мощности и объемы памяти компьютеров удваивались каждые два года, следуя закону Мура, который в 1970 годах сформулировал основатель Intel Гордон Мур. В последние годы темпы развития полупроводниковой электроники значительно замедлились, так как транзисторы по размерам уже приближаются к атомам. При этом увеличиваются токи утечки, что мешает работе транзисторов и повышает энергопотребление.
В последние годы физики и инженеры пытаются заменить электронные логические цепочки на их световые аналоги. Этому пока мешают две вещи – то, что движением света внутри миниатюрных чипов очень сложно управлять, а также то, что пока нет надежных систем хранения информации в световом виде.
Российские химики под руководством ведущего научного сотрудника Института неорганической химии СО РАН Сергея Адонина сделали большой шаг для решения этой проблемы. Они открыли сразу два фотохромных материала на основе органических соединений и солей висмута и приспособили их для работы в качестве основы световой ячейки памяти. Считывать с нее информацию можно и традиционным электронным способом.
Эти материалы состят из солей висмута и молекул так называемых вилогенов, которые окружают ион висмута и связанные с ним анионы. Так ученые называют сложные органические вещества, в основе которых – два ароматических углеводородных кольца, часть атомов углерода в которых замещена другими элементами, в том числе фтором, хлором и другими галогенами.
"Фотохромные свойства подобных комплексов были уже описаны ранее. Одновременно с этим были получены устройства памяти на других виологенсодержащих соединениях. По сути, мы просто совместили эти два факта и попробовали проверить, как это сработает уже на наших, новых соединениях", – отметил Адонин.
Руководствуясь подобными соображениями, российские ученые собрали несколько прототипов полевых транзисторов, покрытых пленкой из созданных ими фотохромных материалов на основе висмута, хлора и органики. Эксперименты показали, что благодаря этой пленке транзистор превратился в многоуровневую ячейку свето-электронной памяти. Ее содержимым можно манипулировать, одновременно освещая его и подавая напряжение на электроды.
Схема органического светочувствительного полевого транзистора на основе исследованных фотохромных комплексов висмута с виологеновыми катионами. Внизу слева показано изображение поперечного разреза элемента, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии. Источник: Dashitsyrenova et al. / Chemical Communications, 2020
Благодаря этому сильно меняется сопротивление транзистора и то, как много тока он через себя пропускает. Это позволяет хранить в нем сразу несколько бит информации. Прототипы ячеек памяти, которые создали Адонин и его коллеги, выдерживали несколько сот циклов перезаписи, что дает надежду на создание долговечных и быстрых систем хранения оптической информации уже в ближайшем будущем, заключают ученые.
