(Phys.org) - Dans l'un des plus petits commutateurs jamais réalisés, cinq atomes semblent "danser" les uns autour des autres dans une séquence chorégraphique complexe, avec leur disposition finale correspondant à l'un des deux états stables. Ce mouvement concerté de plusieurs atomes est différent de celui des autres nano-interrupteurs, qui impliquent généralement le mouvement d'un seul atome ou d'une molécule. Le mouvement de plusieurs atomes donne au commutateur un avantage majeur :en raison de sa stabilité, c'est l'un des rares commutateurs à l'échelle atomique capable de fonctionner à température ambiante au lieu de températures cryogéniques.

Les chercheurs, Eiichi Inami, et al., à l'Université d'Osaka et à l'Institut national japonais des sciences des matériaux, ont publié leur article sur la température ambiante, dispositif de commutation à l'échelle atomique dans un récent numéro de Communication Nature .

Les nano-interrupteurs font partie de l'objectif plus large de développement de composants électroniques miniaturisés, où les atomes et les molécules uniques servent de plus petits blocs de construction physiquement possibles. Les scientifiques utilisent les pointes du microscope, tels que ceux des microscopes à effet tunnel (STM) et des microscopes à force atomique (AFM), appliquer des impulsions monoélectroniques qui déplacent des atomes et des molécules individuels de manière contrôlée.

Bien que de nombreux commutateurs à l'échelle atomique aient été démontrés à l'aide de ces microscopes, la plupart des commutateurs fonctionnent uniquement à des températures cryogéniques. En effet, la chaleur provoque des processus incontrôlables qui interfèrent avec le mouvement atomique, provoquant des commutations à des moments indésirables.

Pour faire une écurie, température ambiante, commutateur à l'échelle atomique, les chercheurs de la nouvelle étude ont utilisé une pointe de microscope pour collecter un par un les atomes de plomb (Pb) et les placer dans une demi-cellule confinée sur une surface de silicium (Si). Bien que les atomes de Pb individuels présentent un « saut thermique, " les chercheurs ont découvert qu'un amas de trois atomes de Pb (Pb 3 ) est thermiquement stable à température ambiante en raison de sa plus grande taille, encore assez petit pour répondre au courant électrique de la pointe du microscope.

Comme le montrent les expériences et la modélisation, chaque cellule confinée a deux arrangements stables possibles de Pb 3 et des atomes de Si. Pour basculer entre les états, une pointe de microscope est balayée sur un atome de Pb ou de Si spécifique, qui déclenche un mouvement complexe impliquant deux atomes de plomb et trois atomes de silicium. Les chercheurs décrivent ce mouvement comme une inversion chirale, ce qui signifie que les deux états stables sont des images miroir l'un de l'autre après avoir été translatés et tournés. Ce "commutateur chiral" peut être commuté à plusieurs reprises entre les deux états, qui correspondent à des courants électriques élevés et faibles.

"Notre contrôle de nanostructure peut ajouter une fonction à un cluster, " Inami a expliqué à Phys.org . "Puisqu'un cluster - une agrégation de quelques à quelques centaines d'atomes - présente parfois des propriétés supérieures avec une taille et une composition particulières, le contrôle de la structure des clusters est une approche prometteuse pour réaliser des dispositifs à l'échelle atomique. Notre technique permet un ajustement approprié de la taille des amas et des atomes constitutifs avec une précision à un seul atome. En utilisant cette méthode, nous avons contrôlé avec précision la stabilité structurelle d'un cluster afin qu'il fonctionne comme un interrupteur de température ambiante."

Globalement, le commutateur démontre que Pb 3 peut potentiellement fonctionner comme une unité de base de la mémoire. Pour réaliser un dispositif mémoire complet, plusieurs cellules doivent être intégrées dans un périodique, tableau bien ordonné. Les scientifiques suggèrent que des processus d'auto-assemblage pourraient être utilisés pour construire un tel dispositif de mémoire, et peut finalement conduire à un enregistrement et une lecture ultra-haute densité d'informations à température ambiante.

"Nous pensons que ce switch pourrait devenir un outil puissant pour la recherche fondamentale, " dit Inami. " Par exemple, le switch a une fonction intéressante, que la commutation se produit entre la chiralité opposée, résultant en un commutateur chiral. La technologie chirale visant à la synthèse de « composés énantiopurs » [qui n'ont qu'une seule forme chirale] permet un contrôle ultime des réactions chimiques et a été une cible en physique, chimie, biologie et pharmacologie. Notre approche peut construire des motifs chiraux commutables à des positions atomiquement précises, tels que la création de domaines/clusters homochiraux et l'attribution d'espèces chirales à proximité de certains éléments réactifs. Ceux-ci peuvent fournir un indice pour comprendre fondamentalement les réactions sélectives chirales d'un point de vue microscopique."

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'appliquer leur technique à la conception d'autres dispositifs à l'échelle nanométrique.

"L'un de nos futurs projets est d'explorer d'autres nouvelles fonctionnalités cachées dans plusieurs clusters, " A déclaré Inami. "Notre technique pour construire des clusters définis atomiquement est largement applicable à divers éléments. Cela nous motive à créer une variété de clusters avec différentes fonctionnalités et à les intégrer systématiquement dans les régions souhaitées à l'échelle nanométrique. Nous pensons que cela ouvre une nouvelle nanofabrication pour réaliser une électronique intégrée à l'échelle atomique. »

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