Fullereeni fotoergastatud elektronid aitavad luua kiiret lülitit

Ülikiire lüliti tegemiseks saab kasutada valguse poolt indutseeritud elektronide emissiooni fullereenist, süsinikul põhinevast molekulist. Jaapanis Tokyo ülikooli juhitud meeskonna poolt välja töötatud uue seadme lülituskiirus on neli kuni viis suurusjärku kiirem kui praegustel arvutites kasutatavatel pooljuhttransistoridel. Molekuli emissioonikohtadest toodetud elektronide teekonda saab kontrollida subnanomeetrilisel skaalal laservalguse impulsside abil.

"Enne seda tööd oli selline elektronide emissioonikohtade optiline juhtimine võimalik 10 nm skaalal, kuid neid elektroniallikaid oli keeruline emissioonikoha selektiivsusega miniatuurseks muuta, " selgitab. Hirofumi Yanagisawa Tokyo ülikoolist Tahkisfüüsika Instituut.

Teadlased tegid oma ühemolekuli lüliti, ladestades fullereeni molekulid terava metallnõela otsa ja rakendades selle tipu tippu tugevat konstantset elektrivälja. Nad täheldasid ühemolekuliliste eendite tekkimist tipus ja leidsid, et elektriväljad muutuvad nendel konarustel veelgi tugevamaks, võimaldades nendest üksikutest molekulidest selektiivselt elektrone emiteerida. Eraldatud elektronid pärinevad metallist otsast ja läbivad ainult eenditel olevaid molekule.

 Lülitusfunktsioon on nagu raudtee

"Ühe molekuliga elektronide allika elektronide emissioonikohad määratakse selle järgi, kuidas elektronid molekulis jaotuvad või molekulaarorbitaalid (MO)," selgitab Yanagisawa. "MO-de jaotus muutub suuresti koos molekulaarsete tasemetega ja kui metalliotsast tarnitud elektronid ergastatakse valgusega, läbivad need elektronid erinevaid MO-sid võrreldes nendega, mis ei ole ergastatud. Tulemuseks on see, et emissioonikohti saab valguse abil muuta.

Tema sõnul on see ümberlülitusfunktsioon kontseptuaalselt sama, mis raudteele suunatava rongi puhul – kiiratavad elektronid võivad jääda oma vaikekursile või ümber suunata.

Asjaolu, et fotoergastatud elektronid võivad läbida erinevaid MO-sid võrreldes ergastamata elektronidega, tähendab, et peaksime suutma neid orbitaale veelgi muuta ja integreerida nii mitu ülikiire lülitit ühte molekuli, lisab Yanagisawa. Selliseid struktuure saaks seejärel kasutada ülikiire arvuti loomiseks.

Kvantfüüsika seab kiireima võimaliku optoelektroonilise lüliti kiiruspiirangu

Teine võimalik rakendus on fotoelektronide emissioonimikroskoopia ruumilise eraldusvõime parandamine. Yanagisawa selgitab, et enne seda uuringut oli see tehnika alla 10 nm, kuid nüüd võib see saavutada 0.3, XNUMX nm (mis on piisavalt väike, et lahendada ühemolekulilised MO-d). "Seega saame kasutada oma laseriga indutseeritud väljaemissioonimikroskoopi (LFEM), nagu me oleme seda nimetanud, et jälgida üksikute molekulide ülikiire dünaamika," räägib ta. Füüsika maailm. "Sellised molekulid võivad sisaldada selliseid biomolekule nagu fotosünteesiga seotud molekulid, mis arvatakse hõlmavat femtosekundi ajaskaala elektronprotsesse."

Oma tulevases töös loodavad Tokyo teadlased oma LFEM-tehnika ruumilist eraldusvõimet veelgi parandada, et nad saaksid lahendada ühe molekuli aatomistruktuuri. Nad teevad seda tööd osana PRESTO projekt.

Teadlased teatavad oma tööst aastal Physical Review Letters.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/