СТМ-изображение линий ацетофенона на поверхности кремния.
Права на изображение принадлежат ACS.

Миниатюризация компонентов микропроцессоров достигается двумя различными методами — так называемыми подходами «снизу вверх» и «сверху вниз». В подходе «сверху вниз» интегральные схемы все меньшего размера создаются за счет оптимизации и улучшения технологии печати микросхем. Подход «снизу вверх» основан на сборке рисунка из строительных блоков молекулярного размера. В одном из перспективных методов такого рода для получения линий молекулярной толщины используются химические реакции между строительными молекулами и атомами на поверхности подложки. Основной проблемой при этом становится контроль за направлением роста линий.

Большинство микропроцессоров изготавливают из кремния, поэтому способы нанесения рисунков на кремниевые подложки наиболее важны. В статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society, исследователи из японского Института передовых технологий RIKEN под руководством Закира Хосейна (Zakir Hossain) показали, что химическая реакция одиночного соединения, ацетофенона, с поверхностью кремниевой подложки может привести к росту прямых линий из молекул.

На поверхности кремния находятся пары атомов кремния, или димеры, ориентированные в виде параллельных рядов. Ранее было показано, что различные молекулы, реагируя с поверхностью кремния, могут формировать прямые линии, паралельные или перпендикулярные рядам димеров. Важно, что до настоящего времени направление роста линий зависело только от молекул, реагирующих с подложкой.

В новом методе происходит подготовка поверхности кремния путем реакции с атомарным водородом, в результате которой на большей части поверхности образуются связи кремний-водород. Однако некоторые атомы кремния не вступают в реакцию, образуя свободные связи, активность которых очень высока. Молекула ацетофенона присоединяется к свободной связи, вызывая образование свободной связи в соседнем димере кремния. Таким образом, протекает цепная реакция, которая создает молекулярную линию на поверхности. Направление роста линий зависит от того, где образуется новая свободная связь — в том же ряду или в параллельном.

Расстояние между димерами кремния в одном ряду и расстояние между рядами неодинаковы, поэтому два направления роста различаются энергетически. «Геометрия молекулы ацетофенона такова, что он может формировать линии в любом направлении, — поясняет Хосейн. — Создание центра хиральности при адсорбции также имеет большое значение для роста линий, и может быть ключом к контролированию направления роста».