Ученые впервые провели измерения теплопередачи через отдельную молекулу. Это открытие может способствовать разработке молекулярных вычислительных систем, которые позволят значительно увеличить скорость работы компьютеров.
Во время функционирования все вычислительные устройства, в соответствии с законом Джоуля — Ленца, выделяют тепло. Прохождение тока через любой материал, не являющийся сверхпроводником, приводит к тепловыделению в окружающую среду. Это может оказывать влияние на работу устройств, например, на скорость передачи сигнала.
До настоящего времени ученым не удавалось определить объем тепла, проходящий через отдельную молекулу в цепи. Данный показатель критически важен для разработки вычислительных устройств нового поколения. Как отмечают ученые, скорость рассеивания тепла от цепочек молекул напрямую влияет на надежность молекулярных вычислительных устройств.
Исследователи из Мичиганского университета впервые поставили эксперимент, в котором измерили передачу тепла через одну молекулу. Для этого они разработали теплоизмерительный прибор (калориметр), который был почти полностью изолирован от остальной части помещения, что позволяет ему иметь отличную тепловую чувствительность. Они нагревали калориметр примерно на 20-40 градусов выше комнатной температуры и проводили измерения.
Прибор имел золотой электрод с наконечником нанометрового размера. Два электрода были соединены настолько близко, что почти соприкоснулись, что позволило некоторым цепочкам атомов углерода присоединиться к электроду калориметра. При контакте электродов тепло и электрический ток свободно вытекали из калориметра. После этого исследователи постепенно увеличили расстояние между электродами, оставив между ними только цепочку углеродных атомов. Благодаря манипуляциям с электродами, ученым удалось установить расстояние, при котором между ними оставался лишь один атом. Именно его теплопередача и была измерена.
Благодаря новой работе станет возможнее достичь предела, определенного законом Мура, согласно которому количество транзисторов в интегральной схеме увеличивается вдвое каждые два года, что приводит к удвоению вычислительной мощности. Молекулярные компьютеры обладают потенциалом для создания самых компактных вычислительных элементов, что обеспечит максимальную скорость работы. Однако для их создания потребуется значительное время и проведение дополнительных исследований.