Prostowniki z pojedynczych cząsteczek

Aż do teraz prawo Moore'a sprawdzało się, liczba tranzystorów i moc obliczeniowa rosły, a ich ceny spadały. Obecnie jednak to się zmienia, głównie ze względu na ograniczenia związane ze stosowaniem podzespołów krzemowych. Do najbardziej obiecujących rozwiązań należą elektroniczne podzespoły molekularne, które wykorzystują pojedyncze cząsteczki jako prostowniki. Oparte na węglu nanomateriały są jednym z filarów nowej technologii informatycznej. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Carbon-based nanoelectronics" (CARBOTRON) użyli wieloskalowego modelowania, aby zbadać takie podzespoły i umożliwić ich przyszłe wykorzystanie.

Zespół badał nanoskalowe prostowanie w molekularnych podzespołach elektronicznych, stanowiących podstawę nowych systemów komputerowych. Zidentyfikowano nowe mechanizmy opartych na węglu urządzeń spintronicznych, czyli takich, które wykorzystują spin elektronów (lub bardziej ogólnie jądra atomu) zamiast lub oprócz ładunku. Owocem badań są trzy publikacje na łamach renomowanych czasopism naukowych.

W ramach dodatkowych eksperymentów teoretycznych na materiałach węglowych zbadano nanobambus węglowy. Jest to niezwykła struktura wykonana z nanorurek węglowych o różnej średnicy i kątach chiralnych, przypominająca podłużne fragmenty bambusa i hodowana w nanorurkach o większej średnicy. Modelowanie wskazało na mechanizmy pozwalające określić stabilną strukturę.

Badacze wykorzystali też metody wielociałowe, aby potwierdzić, czy przewidywane wartości pomiarów pasma wzbronionego w jednowymiarowych cząsteczkach węgla zgadzają się z opublikowanymi wartościami eksperymentalnymi.

Uczestnicy projektu CARBOTRON wyszli poza pierwotnie przyjęty zakres prac i zbadali inne podobne materiały o małych rozmiarach. Wśród nich znalazł się silicen, krzemowa odmiana grafenu, uwodorniony silicen noszący nazwę silicanu oraz odpowiednik germanu nazywany germananem. Modelowanie pokazało, że materiały te są niezwykle przydatne do nanoskalowej elektroniki dzięki swoim doskonałym właściwościom fizycznym. Opublikowano siedem kolejnych artykułów na temat badań.

Łącznie naukowcy opublikowali 14 artykułów w renomowanych czasopismach naukowych, z których kilka może poszczycić się dużą liczbą cytowań. Projekt CARBOTRON wniósł istotny wkład w stworzenie przyszłych systemów komputerowych, pokazując potencjał elektroniki molekularnej w zakresie pokonania ograniczeń rozwoju tranzystorów zgodnie z prawem Moore'a.