אלקטרונים מעוררי פוטו מפולרן עוזרים ליצור מתג מהיר

ניתן להשתמש בפליטות אלקטרונים הנגרמות על ידי אור מפולרן, מולקולה מבוססת פחמן, לביצוע מתג מהיר במיוחד. למכשיר החדש, שפותח על ידי צוות בראשות אוניברסיטת טוקיו, יפן, יש מהירות מיתוג שהיא מהירה יותר בארבעה עד חמישה סדרי גודל מזו של טרנזיסטורי מצב מוצק הנוכחיים המשמשים במחשבים של ימינו. ניתן לשלוט בנתיב האלקטרונים המופקים מאתרי הפליטה במולקולה בסולם תת-ננומטר באמצעות פולסים של אור לייזר.

"לפני עבודה זו, שליטה אופטית כזו של אתרי פליטת אלקטרונים הייתה אפשרית בקנה מידה של 10 ננומטר, אך היה קשה למזער את מקורות האלקטרונים הללו עם סלקטיביות של אתרי פליטה", מסביר Hirofumi Yanagisawa של אוניברסיטת טוקיו המכון לפיזיקת מצב מוצק.

החוקרים ביצעו את החלפת המולקולה הבודדת שלהם על ידי הפקדת מולקולות פולרן על קצה מחט מתכתית חדה והחלת שדה חשמלי קבוע חזק בקודקוד הקצה. הם צפו בבליטות של מולקולה אחת המופיעות על הקודקוד ומצאו שהשדות החשמליים מתחזקים אפילו יותר בבליטות האלה, מאפשר פליטת אלקטרונים באופן סלקטיבי ממולקולות בודדות אלו. האלקטרונים הנפלטים מגיעים מקצה המתכת ועוברים רק דרך המולקולות שעל הבליטות.

 פונקציית המעבר היא כמו מסילת רכבת

"אתרי פליטת האלקטרונים של מקור אלקטרונים חד מולקולה נקבעים על פי האופן שבו אלקטרונים מופצים במולקולה, או אורביטלים מולקולריים (MOs)", מסביר יאנאגיסאווה. "התפלגות ה-MOs משתנה במידה רבה עם רמות מולקולריות, ואם האלקטרונים המסופקים מקצה המתכת נרגשים באור, האלקטרונים הללו עוברים דרך MOs שונים בהשוואה לאלה שאינם נרגשים. התוצאה היא שניתן לשנות את אתרי הפליטה באמצעות אור".

פונקציית המיתוג הזו, הוא אומר, זהה מבחינה רעיונית לזו של רכבת המופנית על מסילת רכבת - האלקטרונים הנפלטים יכולים להישאר במסלול ברירת המחדל שלהם או להיות מופנים מחדש.

העובדה שאלקטרונים מנוגשים בפוטו יכולים לעבור דרך MOs שונים בהשוואה לאלה שאינם נרגשים מרמזת שעלינו להיות מסוגלים לשנות עוד יותר את האורביטלים הללו וכך לשלב מספר מתגים אולטרה-מהירים לתוך מולקולה אחת, מוסיף Yanagisawa. לאחר מכן ניתן יהיה להשתמש במבנים כאלה ליצירת מחשב מהיר במיוחד.

הפיזיקה הקוונטית קובעת מגבלת מהירות למתג אופטו-אלקטרוני המהיר ביותר

יישום אפשרי נוסף הוא שיפור הרזולוציה המרחבית של מיקרוסקופ פליטת פוטו-אלקטרון. לפני מחקר זה, מסביר Yanagisawa, הטכניקה הזו הייתה מתחת ל-10 ננומטר, אך כעת היא יכלה להשיג 0.3 ננומטר (שזה קטן מספיק כדי לפתור MOs של מולקולה אחת). "לפיכך נוכל להשתמש ב'מיקרוסקופ פליטת שדה המושרה בלייזר' (LFEM) כפי שקראנו לו כדי לעקוב אחר דינמיקה מהירה במיוחד במולקולות בודדות", הוא אומר. עולם הפיזיקה. "מולקולות כאלה יכולות לכלול ביו-מולקולות כגון אלו הקשורות לפוטוסינתזה, אשר נחשבות לכרוכות בתהליכי אלקטרונים בקנה מידה פמט-שניות."

בעבודתם העתידית, החוקרים בטוקיו מקווים לשפר עוד יותר את הרזולוציה המרחבית של טכניקת ה-LFEM שלהם, כך שיוכלו לפתור את המבנה האטומי של מולקולה אחת. הם מבצעים עבודה זו כחלק מה- פרויקט PRESTO.

החוקרים מדווחים על עבודתם ב מכתבי סקירה פיזית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/