Fotoexciterede elektroner fra fulleren hjælper med at skabe højhastighedskontakt

Lysinduceret elektronemission fra fulleren, et kulstofbaseret molekyle, kan bruges til at lave en ultrahurtig switch. Den nye enhed, der er udviklet af et team ledet ved University of Tokyo, Japan, har en omskiftningshastighed, der er fire til fem størrelsesordener hurtigere end den for nuværende solid-state transistorer, der bruges i moderne computere. Vejen for elektronerne produceret fra emissionsstederne i molekylet kan styres på sub-nanometerskalaen ved hjælp af laserlysimpulser.

"Før dette arbejde var en sådan optisk kontrol af elektronemissionssteder mulig på en skala på 10 nm, men det var vanskeligt at miniaturisere disse elektronkilder med emissionsstedselektivitet," forklarer Hirofumi Yanagisawa fra Tokyos Universitet Institut for Solid State Physics.

Forskerne lavede deres enkelt-molekyle-skift ved at afsætte fulleren-molekyler på spidsen af ​​en skarp metallisk nål og anvende et stærkt konstant elektrisk felt ved spidsens spids. De observerede enkelt-molekyle fremspring, der dukkede op på toppen og fandt ud af, at de elektriske felter blev endnu stærkere på disse bump, tillader elektroner at blive udsendt selektivt fra disse enkelte molekyler. De udsendte elektroner kommer fra metalspidsen og passerer kun gennem molekylerne på fremspringene.

 Skiftefunktion er som et jernbanespor

"Elektronemissionsstederne for en enkelt-molekyle elektronkilde bestemmes af den måde, elektroner er fordelt på i molekylet, eller molekylære orbitaler (MO'er)," forklarer Yanagisawa. "Fordelingen af ​​MO'erne ændrer sig stort set med molekylære niveauer, og hvis elektronerne, der leveres fra metalspidsen, exciteres af lys, passerer disse elektroner gennem forskellige MO'er sammenlignet med dem, der ikke er exciterede. Resultatet er, at emissionsstederne kan ændres ved hjælp af lys."

Denne koblingsfunktion, siger han, er konceptuelt den samme som et tog, der bliver omdirigeret på et jernbanespor - de udsendte elektroner kan enten forblive på deres standardkurs eller blive omdirigeret.

Det faktum, at fotoexciterede elektroner kan passere gennem forskellige MO'er sammenlignet med uexciterede, indebærer, at vi burde være i stand til yderligere at ændre disse orbitaler og således integrere flere ultrahurtige kontakter i et enkelt molekyle, tilføjer Yanagisawa. Sådanne strukturer kunne derefter bruges til at skabe en ultrahurtig computer.

Kvantefysik sætter en hastighedsgrænse for den hurtigst mulige optoelektroniske switch

En anden mulig anvendelse er at forbedre den rumlige opløsning af fotoelektronemissionsmikroskopi. Før denne undersøgelse, forklarer Yanagisawa, var denne teknik under 10 nm, men den kunne nu opnå 0.3 nm (hvilket er lille nok til at løse enkelt-molekyle MO'er). "Vi kan således bruge vores 'laser-inducerede feltemissionsmikroskop' (LFEM), som vi har kaldt det, til at følge ultrahurtig dynamik i enkelte molekyler," siger han. Fysik verden. "Sådanne molekyler kan omfatte biomolekyler, såsom dem, der er forbundet med fotosyntese, som menes at involvere femtosekund-tidsskala elektronprocesser."

I deres fremtidige arbejde håber Tokyo-forskerne yderligere at forbedre den rumlige opløsning af deres LFEM-teknik, så de kan opløse atomstrukturen af ​​et enkelt molekyle. De udfører dette arbejde som en del af PRESTO projekt.

Forskerne rapporterer deres arbejde i Physical Review Letters.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/