Исследователи из США разработали углеводный куб, который может функционировать в качестве устройства памяти для компьютера. Металлоорганическая каркасная структура, полученная на основе углевода, в которую введен гидроксид рубидия, может переключаться между состояниями с высоким сопротивлением и низким сопротивлением, что позволяет рассматривать его как аналог резистивного запоминающего устройства с произвольной выборкой [ resistive random-access memory (RRAM)].

Металлоорганические каркасные структуры [metal–organic frameworks (MOF)] представляют собой трехмерные ансамбли объединенных координационными связями органических соединений и ионов или кластеров металлов.

Обычно эти системы обладают большой площадью внутренней поверхности, из-за чего они интенсивно изучаются на предмет систем хранения отходных газов или резервуаров для хранения водородного топлива. Однако Бартош Гржибовски (Bartosz Grzybowski) с коллегами из Северо-западного Университета в Эванстоне (Иллиойс, США) решили использовать металлоорганические каркасные структуры для хранения совсем другого – информации.

В большинстве компьютерных систем долговременная информация хранится на магнитных жестких дисках или на картах флеш-памяти. Однако, возможно, что скоро на смену этим способам запасания и хранения информации придут новые, более информационно емкие технологии, как например технология RRAM.

В этой технологии, которая только начинает свой путь становления, компонент, который в нормальном состоянии является изолятором в состоянии «выкл.» или «логический ноль», за счет приложения высокого напряжения может быть переведен в проводящее состояние, «вкл.» или «логическая единица».

Разработанные к настоящему времени системы изготовлены из полупроводников, например, диоксида кремния. Система RRAM, разработанная Гжибовски и его коллегами, изготовлена из металлоорганической каркасной структуры, содержащей γ-циклодекстрина (разновидности сахара – углевода) и ионов рубидия. Как отмечает Гржибовски,

говоря метафорически, можно сказать, что новый прототип устройства памяти – просто кубик сахара, который можно съесть.

Рис. 1. Большое напряжение переключает систему в
положение, окисляя серебряные электроды, при этом происходит
запись информации, считывание информации проводят
при меньшем напряжении. (Рисунок из Angew. Chem., Int.
Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201309642).

Исследователи насытили полученный металлоорганическую каркасную структуру раствором гидроксида натрия, увеличивающим его проводимости поместили между двумя серебряными электродами. При приложении большого отрицательного потенциала (–10В) к устройству его правый электрод окисляется, оставляя устройство в состоянии «логическая единица». Это состояние может быть «считано» за счет приложения менее мощного положительного потенциала (4В), который приводит к возникновению тока, приводящего, в свою очередь, к окислению левого электрода. Для удаления информации и/или перевода системы в состояние «логический ноль» исследователи прикладывали положительный потенциал +10в, который полностью окислял левый электрод.

Считывание такого состояния при приложении небольшого напряжения демонстрирует отсутствие тока, поскольку левый электрод уже окислен.

Состояние, эквивалентное «логическому нулю» отличается стационарностью во времени, что говорит о возможности неоднократного считывания этого состояния; логическое состояние «1», напротив, в процессе считывания может перейти в состояние «0», поскольку левый электрод постепенно окисляется. Исследователи говорят, что

такая деградация может быть предотвращена за счет приложения значительного отрицательного потенциала между актами считывания информации.