Электростатика

7.1.3. Другие элементы приборов 
Динамическими неоднородностями типа электронов и со-
литонов можно управлять. В молекулярной системе, в которой 
двойная связь является частью большой полиацетиленовой це-
почкой, под воздействием поляризованной фотоактивации 
включается процесс переноса электронов (рис. 7.7). При прохо-
ждении солитона (см. нижнюю цепочку) фотоактивационный 
процесс становится невозможным. 
Другими словами, солитон включает реакцию внутренне-
го переноса заряда, а изменения в спектре поглощения олефина 
может служить детектором, регистрирующим прохождение со-
литона. 

---

261 
Рис. 7.7. Молекулярный детектор солитонов 
Генерация солитонов осуществляется в процессе прогон-
ного туннелирования, например, между вторичным анином и 
кетонной группой трансполиацетилена в присутствии электри-
ческого поля. 
Итак, показана возможность генерации, управления и де-
тектирования солитонов. Солитон, являясь динамической неод-
нородностью, способен переносить информацию; с его помо-
щью можно и хранить информацию. 
7.2. Молекулярные устройства 
 
Хранение бита информации в солитонной памяти опреде-
ляется наличием или отсутствием солитона, а число хранимых 
битов зависит от скорости распространения солитона и длины 
сопряженного полимера (рис. 7.8). Сопряженный полимер свя-
зывает генератор солитонов (ГС) и электронный туннельный 
переключатель (ТП). Показана возможность накопления четы-
рех битов информации. При одновременном прибытии положи-

---

262 
тельного и отрицательного солитонов срабатывает туннельный 
переключатель. Солитонные устройства памяти не имеют высо-
кого быстродействия, однако, отличаются высокой плотностью 
хранения информации. Оценки показывают, что если расстоя-
ние между солитонами составляет около 200 Å, а расстояние 
между центрами цепочек порядка 50 Å, то информационная ем-
кость близка к 10
18
бит/см
3
. 
Рис. 7.8. Схема устройства памяти,
реализованная на солитонах 
В устройствах памяти могут быть использованы и пленки 
Ленгмюра - Блоджетт. Каждая молекулярная система имеет 
свою частоту поглощения. Запись информации осуществляется 
избирательно в ансамбль молекул трехмерной молекулярной 
пленки с помощью лазерного излучения определенной частоты. 
Считывание информации осуществляется за счет обратных фи-
зических явлений. Использование свойств молекулярных струк-
тур позволяет создать трехмерные запоминающие устройства 
высокой информационной емкости. 
Существуют различные идеи построения молекулярных 
компьютеров. Их микросборка, например, может быть осущест-
влена химическим осаждением из газовой фазы. Последо-
вательность химических превращений при создании молеку-
лярной вычислительной машины рассчитывается по заданному 
алгоритму. 

---

263 
В итоге к базовой молекуле добавляются все новые и но-
вые звенья, формируются проводники, изоляторы, вентили, 
компоненты вычислительных устройств. Так, например, размер 
молекулярного вентиля может быть меньше одной сотой мик-
рометра, а плотность сборки может достичь 10
18
вентилей/см
3
. 
Процессор и память гипотетического молекулярного ком-
пьютера занимают объем около 1 см
2
и монтируются на крио-
стате, который предотвращает нагрев контактов и снижает хи-
мическую активность молекул. Для уменьшения количества 
межсоединений предусматривается использование оптических 
каналов для ввода - вывода информации. Обработка информа-
ционных массивов молекулярными системами имеет ряд осо-
бенностей, среди которых важнейшими являются: 
- гигантский параллелизм переработки информации; 
- высокая эффективность преобразования информации; 
- значительная информационная сложность исходных 
операций; 
- способность к изменчивости и эволюции молекулярных 
компонентов устройств переработки информации и эволюци-
онному обучению (самообучению) устройств; 
- динамические механизмы переработки информации, ос-
нованные на сложных нелинейных процессах. 
Другим примерам высокой производительности может 
служить процессор, реализованный на пленках Ленгмюра - 
Блоджетт. На таких пленках можно создать молекулярные сис-
темы с высокой степенью параллелизма обработки информации 
и большой вычислительной мощностью. 
В качестве примера приведем идею сложения двух обра-
зов, проецируемых на искусственную мембрану типа ленгмю-
ровской пленки со встроенными молекулами фотоактивируемо-
го фермента (динамические неоднородности). В этом случае 
выходной сигнал, представляющий собой концентрацию про-
дукта ферменто-активной реакции, будет пропорционален сум-
ме оптических сигналов на входе системы. 

---

264 
Оценки показывают, что при поверхности пленки около 1 
см
3
и при разрешающей способности 10 мкм число ячеек соста-
вит 10
6
. Каждая ячейка будет содержать 10
4
- 10
5
молекул фер-
мента при 1 % заполнении поверхности. Если оценить время 
операции в одной ячейке даже 10
-2
с, то, учитывая высокую 
степень параллелизма обработки информации (порядка 10
6
), 
эффективное время одной операции составит 10
-8
с. Другими 
словами, обработка больших информационных массивов мето-
дами ФЭ позволяет предельно распараллеливать информацию в 
процессе ее обработки. Современные компьютеры не имеют 
такой производительности при обработке больших массивов 
информации.