Spintronik ya da spin elektroniği, geleneksel elektronikten farklı olarak; depolama, veri transferi, işleme, algılama gibi bilgisayar işlemlerinde elektronların spinlerini (dönü, açısal momentum) kullanır.
Bu sayede veri kaybı önlenebilir, veri işleme hızı artabilir, enerji tüketimi azaltılabilir, hatta geleneksel yarıiletken cihazlarla karşılaştırıldığında daha ufak bir alana daha fazla bileşen sığdırılabilir. Moleküler spintronik ise, spintronik cihazların minyatürleştirilmesi için moleküllerin spin durumlarını aktif olarak kontrol etmeyi amaçlıyor.
Almanya’nın Kiel Üniversitesinden kimya ve fizik uzmanları, Fransız ve İsviçreli meslektaşları ile birlikte yüzeylerde tek moleküllü spin anahtarları tasarlamayı ve kontrol etmeyi başardılar. Yeni geliştirilen moleküller, kararlı spin durumlarına sahipler ve yüzeye bağlandıktan sonra da işlevselliklerini yitirmiyorlar. Çalışmanın sonuçları Nature Nanotechnology’de yayımlandı.
Yeni bileşiklerin spin durumları en az birkaç gün kararlı devam ediyor. Kiel Üniversitesi deneysel fizikçilerinden Dr. Manuel Gruber, “Bunu sağlayan tasarım ‘hilesi’, bilgisayarlardaki temel elektronik devreleri olan flip-flop’lara benziyor olmaları. Anahtarın iki durumdan birinde (1 veya 0 değerinde) kararlı hale gelmesi için çıkış sinyali tekrar girişe yönlendirildi ve bir döngü oluşturuldu” diyor. Yeni moleküller, birbirleri ile bu şekilde bir geribildirim döngüsü oluşturan 3 farklı değere sahip: şekilleri (düzlemsel veya doğrusal) iki alt birimin birbirine yaklaşımı (koordinasyonu; yani “evet” veya “hayır” olma durumu), ve spin durumu (yüksek veya alçak spin). Böylece moleküller iki durumdan birine kilitlenmiş hale geliyorlar. Gümüş bir yüzeye batırılma veya dökülmeleri ile bu anahtarlar, son derece düzgün bir şekilde kendi kendilerine diziliyorlar. Bu dizideki her molekül, bir STM (taramalı tünelleme mikroskobu) ile ayrı ayrı adreslenip, eksi veya artı voltaj ile beslenerek iki durum (0 veya 1) arasında değiştirilebiliyor.
Organik kimya profesörü Rainer Herges, “Yeni spin anahtarımız, geleneksel elektronik devrelerde kullanılan transistörlerde birkaç bileşenle yapılan işi yalnızca bir molekül ile gerçekleştirebiliyor. Bu, minyatürleşme yolunda büyük bir adım” diyor. Bir sonraki adımda araştırmacılar bileşenlerin karmaşıklığını artırarak onları daha zor işlemler için hazırlamayı planlıyorlar.
Moleküller, atom seviyesinde kesinlik gerektiren bir itina ile tasarlanıp üretilmesi gereken çok ufak yapılar; fakat elektrik veya ışığa tepkileri nedeniyle bunları kullanarak yeni cihaz tipleri üretmek büyük avantajlar sağlayacak.
