Используя в качестве «строительного блока» даже одно из вышеупомянутых устройств, мы теоретически можем построить схему, которая работает так, как нам нравится сложные логические операции и вычисления. Из таких элементов могут создаваться ОЗУ, а также энергонезависимые постоянные запоминающие устройства. Для последнего время, затрачиваемое на молекулы, используемые в том или ином условии, достаточно длительное - в этом случае информация может храниться в течение длительного времени.

Но как объединить эти элементы в единый вычислительный комплекс? Современные методы химического синтеза позволяют запечатывать «крупные органические молекулы, химически соединяющиеся», «выходы» некоторых молекул с «входами» других. Одним из методов «молекулярной архитектуры» является теория Мэрифилда, разработанная в начале 1970-х годов для получения полипептидов с заданной последовательностью аминокислот. Линдсей создал управляемый компьютерный синтезатор, предназначенный для создания сложных молекул - компонентов молекулярного компьютера.

В процессе синтеза основная молекула химически соединена с сферой малого диаметра. Добавление химических соединений в камеру осуществляется специализированным манипулятором под управлением электронной вычислительной машины. Компьютер также контролирует температуру, кислотность среды и периодически анализирует реакции продукта для обеспечения надлежащего образования. В процессе синтеза, который иногда длится несколько дней, под управлением компьютера образуются очень сложные молекулы, каждая из которых является точной копией прототипа, хранящейся в памяти аппарата.

Синтез является модульным принципом. На первом этапе синтезируются молекулярные клапаны. Затем они создают гораздо более сложные соединения, способные выполнять роль логически активных элементов. Полученные компоненты затем могут быть использованы как части молекулярного компьютера.

На каждом этапе синтеза необходимо четко знать, какие химические процессы происходят в камере. Это невозможно понять без машинного моделирования. Кроме того, для комплексного синтеза необходимо, по возможности, использовать процесс самоорганизации. В этом случае это означает, что в процессе синтеза блоки добавления автоматически добавляются к основной молекуле в требуемых местах. Таким образом, конечный продукт каждой реакции самоорганизуется, чтобы полностью определить ход последующих реакций.

Теоретически отдельные молекулярные компоненты могут соединяться через «проводники» - например, через углеродные нанотрубки, которые представляют собой цилиндрические структуры диаметром несколько нанометров или электропроводящие полимеры, иногда называемые «органические металлы». создание полимер-проводников началось в начале 1970-х годов, и они уже существуют в обычной электронике.

Структурные формулы электропроводящих полимеров. Остается решить проблему ввода и отображения информации. Входные устройства на Молекулярном Компьютере могут оставаться такими же, как и используемый в данный момент пользователь. Однако, поскольку процессы хранения и обработки информации на молекулярном компьютере имеют определенный характер, остается вопрос о подключении вычислительных блоков между ними, а также к внешним электронным устройствам. То есть необходимы преобразователи сигналов из одной формы в другую.

Они уже давно используются в качестве химических датчиков. Что касается преобразования электрических сигналов в оптические, пригодны молекулярные аналоги светодиодов и лазеров с использованием светоизлучающих молекул. Если уже существующие электронные устройства используются для вывода и отображения информации на компьютерном компьютере, просто нужно иметь соответствующие преобразователи сигналов. Кроме того, молекулярная электроника предлагает решения этих проблем самостоятельно. Например, молекулярные устройства разработаны для создания ультратонких ЖК-экранов.

Под жидкокристаллическим слоем наносится тонкая органическая лента, имеющая ориентационный эффект. Каждая молекула из него получает сигнал от компьютера, меняя его конформацию и, соответственно, ориентацию верхнего слоя жидких кристаллов, т.е. свойства инерционного отражения. Таким образом, такое устройство может эффективно использоваться для вывода информации.

Точно так же они работают и т.д. электронные таблетки. Это экраны с маленькими экранами, покрытые слоем киральных жидких кристаллов, молекулы которых могут изменять тип симметрии в зависимости от ориентации подложки, а также менять цвет. Такие полиамидные прокладки со встроенными молекулами азокрасителя позволяют записывать и отображать большой объем информации - «газеты будущего». Такие структуры также могут быть созданы на подложке из мягкого полимера, что делает их более удобными в использовании.

Такой светодиод состоит из одного или нескольких слоев органических молекул, расположенных между двумя электродами. Излучение света от диода возможно за счет взаимного разрушения положительного и отрицательного зарядов в слое органического материала. Эти заряды могут поступать на светодиод непосредственно с молекулярного компьютера; Электроды, используемые в диоде, могут быть изготовлены не только из металла, но и из органических материалов - например, полианилина или полиацетилена.

Значительный прогресс уже достигнут в получении высокоэффективных светодиодов, в снижении их рабочих напряжений и при выборе цвета излучаемого света. Хотя теоретические основы металлоники изучены и созданы прототипы почти всех логических схем, все еще есть много трудностей в реальном строительстве молекулярного компьютера. Очевидная кажущаяся возможность использования молекул в качестве логических элементов электронных устройств оказывается очень проблематичной из-за специфических свойств молекулярных систем и требований, предъявляемых к логическим элементам.

Прежде всего, логический элемент должен обладать высокой обрабатываемостью или, точнее, легко уступать управляющему взаимодействию. Учитывая оптическую связь между элементами, в системе одна фотонная молекула - одна надежность переключения фотонов будет слабой из-за относительно низкой вероятности прохождения молекулы в возбужденное состояние. Можно попытаться преодолеть эту трудность, используя большее количество квантов. Но это противоречило бы еще одному важному требованию: эффективность преобразования сигнала из отдельного элемента должна быть близка к единице, т.е. средняя мощность реакции должна быть соизмерима со средней степенью действия.

В противном случае при объединении элементов в цепи их вероятность переключения уменьшается по мере увеличения расстояния от начала цепи. Кроме того, каждый логический элемент должен быть переведен в правильное состояние и находиться внутри него в течение длительного времени - до следующего воздействия. Для относительно простых молекул, как правило, этого требования нет: если возбужденное состояние можно контролировать, обратный переход может происходить спонтанно.

Однако не все так плохо. Использование больших органических молекул или их комплексов позволяет преодолеть вышеупомянутые трудности в большинстве случаев. Например, в некоторых белках КПК электронного преобразования близка к единице. Кроме того, для больших биоорганических молекул время, проведенное в возбужденном состоянии, достигает нескольких десятков секунд.

Для этого необходимо параллельно подключать несколько одинаковых молекулярных логических элементов. Неправильная работа одного из них не приведет к мгновенной ошибке в вычислениях. Современный суперкомпьютер, работающий по принципу массивного параллелизма и имеющий много сотен процессоров, может поддерживать достаточно высокую производительность, даже если 75% из них заканчиваются.

Практически все живые системы используют принцип параллелизма, и поэтому несовершенство организмов на уровне отдельных клеток или генов не мешает им эффективно функционировать. Молекулярный логический элемент И НЕ с двумя входами. Электрон будет проходить через молекулярную петлю только тогда, когда сигнал на обоих входах отсутствует.

В настоящее время в мире работают десятки исследовательских центров, занимающихся разработкой молекулярной электроники. Для решения своих проблем объединены усилия ученых, работающих в области коллоидной химии и биологии, с помощью высоких технологий и теоретической физики. Кроме того, необходимы большие финансовые вложения.

Благодаря высокой чувствительности молекулярных устройств их можно использовать для создания эффективных преобразователей солнечной энергии, моделирования фотосинтеза, разработки нового класса приемников изображений, принципы работы которых будут напоминать глаз человека. Молекулярные устройства могут служить в качестве селективных датчиков, которые распознают и реагируют на определенные типы молекул. Такие датчики необходимы в экологии, промышленности, медицине. Например, если вам нужно управлять; здоровье человека, датчик органических молекул будет намного проще включать в его тело и подходить туда.

Углекислый газ в положительной роли или изоляции преимуществ для здоровья растений. Это все чаще используется в технических областях, поскольку оно безопасно, невоспламеняется, недорого и в количествах, считающихся также безвредными для окружающей среды.

В промышленном масштабе диоксид сегодня углерода применяется в качестве растворителя в производстве кофе и чай без кофеина, экстрактов хмеля для пивоваренных заводов, специй экстрактивных, которые отличаются концентрированный вкус и высокую прочность, растительные экстракты, используемые в высококачественных косметических продуктов и тому подобное. В лаборатории сверхкритической экстракции вы увидите устройство, в котором мы получим необходимые вещества из высушенных растений с использованием двуокиси углерода, а также образцы экстрактов.

Химические реакции в лазерном пучке. Эффект лазерного излучения заключается в том, чтобы сделать необычные химические превращения, которые очень специфичны и не имеют места в других условиях. Эти химические превращения могут быть выполнены главным образом в газообразном, но также в твердом виде. Конверсии твердой фазы включают изменение структуры полимера. В газовой фазе могут быть получены наноразмерные материалы, которые находят новое применение в микроэлектронике и исследованиях материалов.

Посетитель может увидеть экспериментальное оборудование нашей лазерной лаборатории. Методы, которые используют, например, ртуть или жидкий азот, позволяют определять поры десятой части нанометра. Например, эта цифра в тысячу раз больше людей, проживающих в Праге. Например, молекула кислорода вписывается в размер пор одной трети нанометра, но она не соответствует молекуле воды. На рисунке показан пористый металл.