Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.
Подобную задачу могут решить наночастицы, способные поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, очень эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.
Сейчас ученые пытаются решить следующую большую проблему – они разрабатывают системы, позволяющие хранить цифровую информацию в оптическом виде. Это ускорит работу световых компьютеров и позволит им считывать и записывать данные так же быстро, как они проводят вычисления.
Как сообщает пресс-служба "Сколтеха", относительно недавно физики обнаружили, что на эту роль подходят фотохромные органические соединения, способные менять свою структуру и цвет при облучении светом или при его отсутствии. Объединив их с обычными полевыми транзисторами, можно получить устройство, которое будет представлять собой примитивную однобитную ячейку памяти.
Четыре года назад первые подобные устройства создала группа российских ученых, которой руководил Павел Трошин, профессор "Сколтеха". Эти ячейки памяти очень быстро записывали и считывали данные и отличались высокой надежностью, однако ученые не знали, как именно они работают и как свойства фотохромного материала влияли на их поведение.
Трошин, Дашицыренова и их коллеги заполнили этот пробел в науке, проследив за тем, как три разных фотохромных пигмента из класса диарилэтиленов влияли на работу органического транзистора. Эти молекулы, похожие по структуре на гантель или цепь из трех крупных звеньев, отличались друг от друга лишь тем, что часть атомов водорода в них была заменена на кислород.
Для записи информации в подобные ячейки памяти достаточно одновременно пропустить через них ток, а также осветить при помощи лазера, который "переключит" молекулу фотохромного вещества в другое состояние. Для считывания данных свет не обязателен — информацию можно прочитать при помощи импульсов тока.
Как отметила Дашицыренова, появление атомов кислорода в определенной части молекула вело к тому, что она переключалась между состояниями быстрее, но при этом стабильность возбужденных состояний понижалась. По сути, это позволяло записывать информацию в нее только один раз.
С другой стороны, отсутствие кислорода повышало надежность хранения информации и переключения бита, но уменьшало максимальную скорость работы ячейки. Это говорит о том, что даже небольшие изменения в структуре светочувствительных веществ ведут к резким переменам в характере их работы в составе подобной памяти.
Раскрытие все этих особенностей фотохромных молекул, как надеются ученые, ускорит разработку световой памяти, поможет им подобрать идеальный материал для ее создания и поможет ей быстрее проникнуть в мир цифровой электроники.
