フラーレンからの光励起電子は、高速スイッチの作成に役立ちます

炭素ベースの分子であるフラーレンからの光誘起電子放出は、超高速スイッチの作成に使用できます。 日本の東京大学を率いるチームによって開発された新しいデバイスのスイッチング速度は、現代のコンピューターで使用されている現在のソリッドステート トランジスタよりも XNUMX ～ XNUMX 桁高速です。 分子内の発光部位から生成された電子の経路は、レーザー光のパルスを使用してサブナノメートル スケールで制御できます。

「この研究以前は、電子放出サイトのそのような光学的制御は 10 nm のスケールで可能でしたが、放出サイト選択性を備えたこれらの電子源を小型化することは困難でした」と説明します。 柳沢博文 東京大学の 固体物理学研究所.

研究者は、鋭い金属針の先端にフラーレン分子を堆積させ、先端の先端に強い一定の電場を印加することにより、単一分子スイッチを作成しました。 彼らは、頂点に現れる単一分子の突起を観察し、電場がこれらの隆起でさらに強くなることを発見しました。 電子がこれらの単一分子から選択的に放出されるようにする. 放出された電子は金属チップから発生し、突起上の分子のみを通過します。

 スイッチング機能は線路のようなもの

「単一分子電子源の電子放出サイトは、分子内の電子の分布方法、つまり分子軌道 (MO) によって決定されます」と柳澤氏は説明します。 「MOの分布は分子レベルによって大きく変化し、金属チップから供給された電子が光によって励起されると、それらの電子は励起されていないMOとは異なるMOを通過します。 その結果、光を使用して放出サイトを変更できるようになりました。」

彼によると、この切り替え機能は、概念的には線路上で向きを変える列車の機能と同じであり、放出された電子はデフォルトのコースにとどまるか、向きを変えることができます。

光励起電子が非励起電子とは異なる MO を通過できるという事実は、これらの軌道をさらに変更して、複数の超高速スイッチを XNUMX つの分子に統合できるはずであることを意味します、と柳澤氏は付け加えます。 このような構造を使用して、超高速コンピューターを作成できます。

量子物理学は、可能な限り最速のオプトエレクトロニクススイッチの速度制限を設定します

別の可能なアプリケーションは、光電子放出顕微鏡法の空間分解能を向上させることです。 この研究の前は、この技術はサブ10 nmでしたが、現在では0.3 nmを達成できます（これは単一分子MOを解決するのに十分小さいです）. 「したがって、単一分子の超高速ダイナミクスを追跡するために、「レーザー誘起電界放出顕微鏡」(LFEM) を使用することができます」と彼は言います。 物理学の世界. 「そのような分子には、光合成に関連するものなどの生体分子が含まれる可能性があり、フェムト秒時間スケールの電子プロセスが関与すると考えられています。」

今後の研究で、東京の研究者は、単一分子の原子構造を解明できるように、LFEM 技術の空間分解能をさらに向上させたいと考えています。 彼らは、 さきがけプロジェクト.

研究者は彼らの仕事を報告します Physical Review Lettersに.

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