Τα φωτοδιεγερμένα ηλεκτρόνια από το φουλερένιο βοηθούν στη δημιουργία διακόπτη υψηλής ταχύτητας

Οι εκπομπές ηλεκτρονίων που προκαλούνται από το φως από το φουλερένιο, ένα μόριο με βάση τον άνθρακα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να γίνει ένας εξαιρετικά γρήγορος διακόπτης. Η νέα συσκευή, που αναπτύχθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Τόκιο της Ιαπωνίας, έχει ταχύτητα μεταγωγής που είναι τέσσερις έως πέντε τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή των τρανζίστορ στερεάς κατάστασης που χρησιμοποιούνται στους σύγχρονους υπολογιστές. Η διαδρομή των ηλεκτρονίων που παράγονται από τις θέσεις εκπομπής στο μόριο μπορεί να ελεγχθεί σε κλίμακα υπονανομέτρων χρησιμοποιώντας παλμούς φωτός λέιζερ.

«Πριν από αυτήν την εργασία, τέτοιος οπτικός έλεγχος των θέσεων εκπομπής ηλεκτρονίων ήταν δυνατός σε κλίμακα 10 nm, αλλά ήταν δύσκολο να μικροποιηθούν αυτές οι πηγές ηλεκτρονίων με επιλεκτικότητα θέσης εκπομπής», εξηγεί. Hirofumi Yanagisawa του Πανεπιστημίου του Τόκιο Ινστιτούτο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης.

Οι ερευνητές έκαναν τον διακόπτη ενός μορίου, εναποθέτοντας μόρια φουλερενίου στην άκρη μιας κοφτερής μεταλλικής βελόνας και εφαρμόζοντας ένα ισχυρό σταθερό ηλεκτρικό πεδίο στην κορυφή του άκρου. Παρατήρησαν προεξοχές ενός μορίου να εμφανίζονται στην κορυφή και διαπίστωσαν ότι τα ηλεκτρικά πεδία γίνονται ακόμη πιο δυνατά σε αυτά τα εξογκώματα. επιτρέποντας να εκπέμπονται επιλεκτικά ηλεκτρόνια από αυτά τα μεμονωμένα μόρια. Τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια προέρχονται από το μεταλλικό άκρο και περνούν μόνο μέσα από τα μόρια στις προεξοχές.

 Η λειτουργία μεταγωγής είναι σαν σιδηροδρομική γραμμή

«Οι θέσεις εκπομπής ηλεκτρονίων μιας πηγής ηλεκτρονίων ενός μορίου καθορίζονται από τον τρόπο που τα ηλεκτρόνια κατανέμονται στο μόριο ή τα μοριακά τροχιακά (MOs)», εξηγεί ο Yanagisawa. «Η κατανομή των MO αλλάζει σε μεγάλο βαθμό με τα μοριακά επίπεδα και εάν τα ηλεκτρόνια που παρέχονται από το μεταλλικό άκρο διεγείρονται από το φως, αυτά τα ηλεκτρόνια περνούν από διαφορετικά MO σε σύγκριση με εκείνα που δεν διεγείρονται. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι τοποθεσίες εκπομπής μπορούν να αλλάξουν χρησιμοποιώντας το φως».

Αυτή η λειτουργία μεταγωγής, λέει, είναι εννοιολογικά ίδια με αυτή ενός τρένου που ανακατευθύνεται σε σιδηροδρομική γραμμή – τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια μπορούν είτε να παραμείνουν στην προεπιλεγμένη πορεία τους είτε να ανακατευθυνθούν.

Το γεγονός ότι τα φωτοδιεγερμένα ηλεκτρόνια μπορούν να περάσουν από διαφορετικά MO σε σύγκριση με τα μη διεγερμένα υποδηλώνει ότι θα πρέπει να είμαστε σε θέση να αλλάξουμε περαιτέρω αυτά τα τροχιακά και έτσι να ενσωματώσουμε πολλαπλούς υπερταχείς διακόπτες σε ένα μόνο μόριο, προσθέτει ο Yanagisawa. Τέτοιες δομές θα μπορούσαν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός εξαιρετικά γρήγορου υπολογιστή.

Η κβαντική φυσική θέτει ένα όριο ταχύτητας για τον ταχύτερο δυνατό οπτοηλεκτρονικό διακόπτη

Μια άλλη πιθανή εφαρμογή είναι η βελτίωση της χωρικής ανάλυσης της μικροσκοπίας εκπομπής φωτοηλεκτρονίων. Πριν από αυτή τη μελέτη, εξηγεί ο Yanagisawa, αυτή η τεχνική ήταν κάτω των 10 nm, αλλά τώρα μπορούσε να επιτύχει 0.3 nm (το οποίο είναι αρκετά μικρό για να επιλύσει μονομοριακά MO). «Μπορούμε έτσι να χρησιμοποιήσουμε το «μικροσκόπιο εκπομπών πεδίου που προκαλείται από λέιζερ» (LFEM) όπως το έχουμε ονομάσει για να ακολουθήσουμε εξαιρετικά γρήγορη δυναμική σε μεμονωμένα μόρια», λέει. Κόσμος Φυσικής. «Τέτοια μόρια θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν βιομόρια όπως αυτά που σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση, τα οποία πιστεύεται ότι περιλαμβάνουν διεργασίες ηλεκτρονίων σε κλίμακα femtosecond.»

Στη μελλοντική τους εργασία, οι ερευνητές του Τόκιο ελπίζουν να βελτιώσουν περαιτέρω τη χωρική ανάλυση της τεχνικής LFEM, ώστε να μπορούν να επιλύσουν την ατομική δομή ενός μόνο μορίου. Εκτελούν αυτό το έργο ως μέρος του Έργο PRESTO.

Οι ερευνητές αναφέρουν την εργασία τους στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/