Les électrons photoexcités du fullerène aident à créer un commutateur à grande vitesse

Les émissions d'électrons induites par la lumière du fullerène, une molécule à base de carbone, peuvent être utilisées pour réaliser un commutateur ultrarapide. Le nouveau dispositif, développé par une équipe dirigée par l'Université de Tokyo, au Japon, a une vitesse de commutation de quatre à cinq ordres de grandeur plus rapide que celle des transistors à semi-conducteurs actuels utilisés dans les ordinateurs modernes. Le trajet des électrons produits à partir des sites d'émission dans la molécule peut être contrôlé à l'échelle sub-nanométrique à l'aide d'impulsions de lumière laser.

"Avant ces travaux, un tel contrôle optique des sites d'émission d'électrons était possible à l'échelle de 10 nm, mais il était difficile de miniaturiser ces sources d'électrons avec une sélectivité des sites d'émission", explique Hirofumi Yanagisawa de l'Université de Tokyo Institut de physique du solide.

Les chercheurs ont effectué leur changement de molécule unique en déposant des molécules de fullerène sur la pointe d'une aiguille métallique pointue et en appliquant un fort champ électrique constant au sommet de la pointe. Ils ont observé des saillies d'une seule molécule apparaissant sur l'apex et ont constaté que les champs électriques devenaient encore plus forts sur ces bosses, permettant aux électrons d'être émis sélectivement à partir de ces molécules uniques. Les électrons émis proviennent de la pointe métallique et ne traversent que les molécules sur les protubérances.

 La fonction de commutation est comme une voie ferrée

"Les sites d'émission d'électrons d'une source d'électrons à molécule unique sont déterminés par la manière dont les électrons sont distribués dans la molécule, ou les orbitales moléculaires (MO)", explique Yanagisawa. «La distribution des MO change largement avec les niveaux moléculaires et si les électrons fournis par la pointe métallique sont excités par la lumière, ces électrons traversent différents MO par rapport à ceux qui ne sont pas excités. Le résultat est que les sites d'émission peuvent être modifiés à l'aide de la lumière.

Cette fonction de commutation, dit-il, est conceptuellement la même que celle d'un train redirigé sur une voie ferrée - les électrons émis peuvent soit rester sur leur trajectoire par défaut, soit être redirigés.

Le fait que les électrons photoexcités puissent traverser différents MO par rapport aux non excités implique que nous devrions être capables de modifier davantage ces orbitales et ainsi intégrer plusieurs commutateurs ultrarapides dans une seule molécule, ajoute Yanagisawa. De telles structures pourraient ensuite être utilisées pour créer un ordinateur ultra-rapide.

La physique quantique fixe une limite de vitesse pour le commutateur optoélectronique le plus rapide possible

Une autre application possible est d'améliorer la résolution spatiale de la microscopie d'émission de photoélectrons. Avant cette étude, explique Yanagisawa, cette technique était inférieure à 10 nm, mais elle pouvait désormais atteindre 0.3 nm (ce qui est suffisamment petit pour résoudre les MO à molécule unique). "Nous pouvons ainsi utiliser notre 'microscope à émission de champ induit par laser' (LFEM) comme nous l'avons appelé pour suivre la dynamique ultrarapide dans des molécules uniques", a-t-il déclaré. Monde de la physique. "Ces molécules pourraient inclure des biomolécules telles que celles associées à la photosynthèse, dont on pense qu'elles impliquent des processus électroniques à l'échelle femtoseconde."

Dans leurs travaux futurs, les chercheurs de Tokyo espèrent améliorer encore la résolution spatiale de leur technique LFEM afin de pouvoir résoudre la structure atomique d'une seule molécule. Ils réalisent ce travail dans le cadre du Projet PRESTO.

Les chercheurs rapportent leurs travaux dans Physical Review Letters.

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