Even though NWs and CNTs can be used as active devices as well as wires in nano-electronics, there is also a set of molecules that could be used as the active devices. These molecules behave as diodes or programmable switches that can make up the programmable connections between wires. Chemists have designed these carbon-based molecules to have electrical properties similar to their solid-state counterparts. Molecular devices have one huge advantage over solid-state devices: their size. Thousands of molecules can be sandwiched between two crossing micro-scale wires to create an active device that takes up very little area.
In addition to being very small, molecular devices tend to be non-volatile: the configuration of the molecules remains stable in the absence of electrical stimulation. In the presence of electrical stimulation, programmable molecular device can be turned “on” and “off”, which can be used to perform logic.
Несмотря на то, что NW и CNT могут использоваться как активные устройства, а также провода в наноэлектронике, существует также набор молекул, которые можно использовать в качестве активных устройств. Эти молекулы ведут себя как диоды или программируемые переключатели, которые могут составлять программируемые соединения между проводами. Химики разработали эти молекулы на основе углерода, чтобы иметь электрические свойства, подобные их твердотельным аналогам. Молекулярные устройства имеют огромное преимущество перед твердотельными устройствами: их размер. Тысячи молекул могут быть зажаты между двумя пересекающимися микромагистральными проводами, чтобы создать активное устройство, которое занимает очень мало места.
В дополнение к очень малым, молекулярные устройства, как правило, не летучие: конфигурация молекул остается стабильной в отсутствие электрической стимуляции. При наличии электрической стимуляции программируемое молекулярное устройство может быть включено «включено» и «выключено», которое может использоваться для выполнения логики.
Text 2.
Topical Vocabulary
logic devices – логические устройства
a positive voltage bias – положительное напряжение смещения
a molecular resonant tunneling diode – молекулярно-резонансный туннельный диод
negative differential resistance – отрицательное дифференциальное (внутреннее) сопротивление
a negative slope – отрицательный наклон
valley voltage – напряжение впадины
peak voltage – максимальное действующее напряжение
Molecular diodes
Diodes are devices that generally act as a one-way valve, allowing current to flow in only one direction. Diodes are generally not used as logic devices because they are static devices that consume lots of power. Static devices cannot be turned “on” and “off”; they simply conduct under a positive voltage bias and do not conduct otherwise. If a diode could be turned “off” so it does not conduct even with a positive voltage bias, it would have greater use.
One such diode is a molecular resonant tunneling diode (RTD). Molecular RTDs exhibit negative differential resistance (NDR) that can be turned on and off. Devices that exhibit NDR have a region of their I-V curve that has a negative slope known as the NDR region (see Figure 10). A negative slope indicates that the current reduces as the voltage increases. The I-V curve has two important voltage points: the peak and the valley. The peak voltage is the point of the highest current value, and the valley voltage is the point where the current is the lowest when the voltage is above the peak voltage.
Диоды - это устройства, которые обычно действуют как односторонний клапан, позволяя току течь только в одном направлении. Обычно диоды не используются в качестве логических устройств, поскольку они являются статическими устройствами, которые потребляют много энергии. Статические устройства не могут быть включены «включено» и «выключено»; они просто ведут себя под положительным смещением напряжения и не ведут себя иначе. Если диод можно отключить, поэтому он не будет работать даже с положительным смещением напряжения, он будет более полезен.
Одним из таких диодов является молекулярный резонансный туннельный диод (RTD). Молекулярные RTD имеют отрицательное дифференциальное сопротивление (NDR), которое может быть включено и выключено. У устройств, которые показывают NDR, есть область их кривой I-V, которая имеет отрицательный наклон, известный как область NDR (см. Рис. 10). Отрицательный наклон указывает на то, что ток уменьшается по мере увеличения напряжения. Кривая I-V имеет две важные точки напряжения: пик и долину. Пиковое напряжение - это точка наивысшего значения тока, а напряжение долины - это точка, где ток является самым низким, когда напряжение выше пикового напряжения.
Text 3.
Topical Vocabulary
rotaxane - ротаксан
catenane - катенан
covalent bonds – ковалентный, атомные связи
interlocking rings – сцепленные кольца
to trap – устанавливать
a rod – прут
hysteresis – гистерезис (неоднозначная зависимость скорости счета от напряжения)
oxidation – окисление, оксидирование
reduction – восстановление, преобразование
to rotate – вращать, поворачивать
back and forth – вперед-назад
encounter – встреча, столкновение (частиц)
Molecular switches
In addition to molecular diodes, there are also molecules that behave like simple switches. The most widely-known molecular switches are from a group of molecules called rotaxanes and catenanes. Rotaxanes and catenanes are molecules that are made up of two or more components that are mechanically linked. This means that the components can move in relation to one another without breaking covalent bonds.
Catenanes are made up of two or more interlocking rings. Rotaxanes consist of at least one ring (called a macrocycle) that is trapped on a rod that has two bulky ends, which prevents the ring from “sliding” off.
Rotaxane is common chemistry nomenclature for the number of components in the molecule and catenanes are molecules that have been fabricated and shown to exhibit hysteretic I-V characteristics with two stable states. Hysteresis in this case means that the device turns on and off at different voltages. The molecules are switched “on” and “off” with high voltage, and operated with lesser voltages. For example, catenane is switched on with 2 volts, off with -2 volts, and is read with ~0.1 volts. These molecules are mechanically switched “on” and “off” when one component is moved in relation to the other by either oxidation (removal of electrons) or reduction (addition of electrons). For catenane, one ring rotates through the other, and for rotaxane the ring slides back and forth on the rod. These molecules are essentially variable resistors that can be switched between two resistance values.
Since these molecules conduct current in both directions, this may limit the applications which molecular switches can be used in. These switches will have to be incorporated with other devices to create logic. Molecular switches are probably better suited for memory devices where only one transistor is encounter per memory read.
В дополнение к молекулярным диодам существуют также молекулы, которые ведут себя как простые переключатели. Наиболее известные молекулярные переключатели - это группа молекул, называемых ротаксанами и катенанами. Rotaxanes и catenanes - это молекулы, которые состоят из двух или более компонентов, которые механически связаны. Это означает, что компоненты могут перемещаться по отношению друг к другу без нарушения ковалентных связей.
Катенаны состоят из двух или более взаимосвязанных колец. Rotaxanes состоят по меньшей мере из одного кольца (называемого макроциклом), которое захватывается на стержне, имеющем два громоздких конца, что предотвращает «скользящее» кольцо.
Rotaxane - общая химическая номенклатура для количества компонентов в молекуле, а катенаны - это молекулы, которые были изготовлены и показали, что они обладают гистерезисными характеристиками I-V с двумя стабильными состояниями. Гистерезис в этом случае означает, что устройство включается и выключается при разных напряжениях. Молекулы переключаются «на» и «выключены» с высоким напряжением и работают с меньшим напряжением. Например, катенан включается с 2 вольтами, выключается с -2 вольтами и считывается с ~ 0,1 вольт. Эти молекулы механически переключаются «на» и «выключены», когда один компонент перемещается по отношению к другому путем либо окисления (удаления электронов), либо восстановления (добавления электронов). Для катенана одно кольцо вращается через другое, а для ротаксана кольцо скользит назад и вперед по стержню. Эти молекулы представляют собой, по существу, переменные резисторы, которые могут переключаться между двумя значениями сопротивления.
Поскольку эти молекулы проводят ток в обоих направлениях, это может ограничивать приложения, в которых могут использоваться молекулярные переключатели. Эти переключатели должны быть включены в другие устройства для создания логики. Молекулярные переключатели, вероятно, лучше подходят для устройств памяти, в которых только один транзистор встречается на чтение в памяти.