Ученые создали устройство для хранения и передачи информации с помощью света

Устройство на основе углеродной нанотрубки и светящегося белка создали ученые из Москвы. Новинка меняет способность пропускать электричество под воздействием света разных спектров. Желтый и фиолетовый свет «тормозят» ток, а остальной видимый спектр делает устройство проводником.

Исследователи считают, что разработку можно использовать при создании светочувствительной электроники для быстрой обработки больших объемов информации.

Оптоэлектронные системы используют свет для управления движением зарядов и обеспечивают высокую скорость передачи данных. Они улучшают работу электроники в быту, промышленности и медицине, а также системы беспроводной связи.

Разработка новых оптоэлектронных материалов востребована, так как их пока создано немного. Перспективное направление — наносистемы на основе флуоресцентных белков. Это природные молекулы, которые под действием света испускают собственное свечение другого диапазона. Если соединить такой белок с материалом, проводящим ток, например, углеродной нанотрубкой, то с помощью света можно будет передавать информацию, запуская поток заряженных частиц.

Ученые из трех институтов создали оптоэлектронный компонент на основе углеродной нанотрубки и красного флуоресцентного белка. Они прикрепили молекулы флуоресцентного белка к углеродной нанотрубке и изучили их поведение под действием электрического поля.

Авторы освещали наноустройство светом разных длин волн, чтобы понять, как меняется его способность проводить электрический ток. Эксперименты показали, что при освещении любыми длинами волн, кроме 390 и 590 нанометров (что соответствует фиолетовой и желтой частям спектра), ток резко увеличивался. В этом случае нанотрубка «реагировала» на свет положительно — ее проводящие свойства улучшились.

Если устройство освещали лучами с длиной волны 390 или 590 нанометров, ток в нем плавно уменьшался, а значит, проводимость (фотоотклик) элемента была отрицательной. Это происходило потому, что флуоресцентный белок поглощал свет именно на этих длинах волн. Он преобразовывал оптический сигнал в электрический, ослабляя ток.

Получается, что устройство может воспринимать свет разных длин волн и по-разному реагировать на облучение. Это можно использовать в устройствах для передачи и хранения информации, управляемых светом.

Наша разработка пригодится для устройств молекулярной электроники, светоизлучающих диодов и оптических транзисторов. Преимущество инженерных белков в том, что их можно генетически запрограммировать на чувствительность к определенной длине волны в видимом спектре. Мы планируем исследовать, насколько специфично наши структуры могут реагировать на заданную длину волны. Это позволит ускорить процесс вычислений за счет распараллеливания на разных длинах волн, — рассказал руководитель проекта Иван Бобринецкий, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института интегральной электроники имени академика К.А. Валиева Национального исследовательского университета «МИЭТ».

Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.

28.10.2024