Los electrones fotoexcitados del fullereno ayudan a crear un interruptor de alta velocidad

Las emisiones de electrones inducidas por la luz del fullereno, una molécula a base de carbono, pueden usarse para hacer un cambio ultrarrápido. El nuevo dispositivo, desarrollado por un equipo dirigido por la Universidad de Tokio, Japón, tiene una velocidad de conmutación de cuatro a cinco órdenes de magnitud más rápida que la de los transistores de estado sólido actuales que se usan en las computadoras modernas. La trayectoria de los electrones producidos a partir de los sitios de emisión en la molécula se puede controlar en la escala subnanométrica utilizando pulsos de luz láser.

"Antes de este trabajo, este control óptico de los sitios de emisión de electrones era posible en una escala de 10 nm, pero era difícil miniaturizar estas fuentes de electrones con selectividad del sitio de emisión", explica Hirofumi Yanagisawa de la Universidad de Tokio Instituto de Física del Estado Sólido.

Los investigadores hicieron su cambio de molécula única depositando moléculas de fullereno en la punta de una aguja metálica afilada y aplicando un fuerte campo eléctrico constante en el vértice de la punta. Observaron protuberancias de una sola molécula que aparecían en el vértice y descubrieron que los campos eléctricos se vuelven aún más fuertes en estos bultos. permitiendo que los electrones sean emitidos selectivamente desde estas moléculas individuales. Los electrones emitidos provienen de la punta de metal y solo pasan a través de las moléculas en las protuberancias.

 La función de conmutación es como una vía de tren

“Los sitios de emisión de electrones de una fuente de electrones de una sola molécula están determinados por la forma en que se distribuyen los electrones en la molécula u orbitales moleculares (OM)”, explica Yanagisawa. “La distribución de los OM cambia en gran medida con los niveles moleculares y si los electrones suministrados desde la punta de metal son excitados por la luz, esos electrones pasan a través de diferentes OM en comparación con los que no están excitados. El resultado es que los sitios de emisión se pueden cambiar utilizando la luz”.

Esta función de conmutación, dice, es conceptualmente la misma que la de un tren que se redirige en una vía férrea: los electrones emitidos pueden permanecer en su curso predeterminado o ser redirigidos.

El hecho de que los electrones fotoexcitados puedan pasar a través de diferentes OM en comparación con los no excitados implica que deberíamos poder cambiar aún más estos orbitales y así integrar múltiples interruptores ultrarrápidos en una sola molécula, agrega Yanagisawa. Tales estructuras podrían luego usarse para crear una computadora ultrarrápida.

La física cuántica establece un límite de velocidad para el interruptor optoelectrónico más rápido posible

Otra posible aplicación es mejorar la resolución espacial de la microscopía de emisión de fotoelectrones. Antes de este estudio, explica Yanagisawa, esta técnica era inferior a 10 nm, pero ahora podía alcanzar 0.3 nm (que es lo suficientemente pequeño como para resolver MO de una sola molécula). "Por lo tanto, podemos usar nuestro 'microscopio de emisión de campo inducido por láser' (LFEM), como lo hemos llamado, para seguir la dinámica ultrarrápida en moléculas individuales", dice. Mundo de la física. "Dichas moléculas podrían incluir biomoléculas como las asociadas con la fotosíntesis, que se cree que involucran procesos de electrones en una escala de tiempo de femtosegundos".

En su trabajo futuro, los investigadores de Tokio esperan mejorar aún más la resolución espacial de su técnica LFEM para que puedan resolver la estructura atómica de una sola molécula. Están realizando este trabajo como parte de la proyecto PRESTO.

Los investigadores informan de su trabajo en Physical Review Letters.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/