Foto-geëxciteerde elektronen van fullereen helpen bij het creëren van een snelle schakelaar

Door licht geïnduceerde elektronenemissies van fullereen, een op koolstof gebaseerd molecuul, kunnen worden gebruikt om een ​​ultrasnelle omschakeling te maken. Het nieuwe apparaat, ontwikkeld door een team onder leiding van de Universiteit van Tokio, Japan, heeft een schakelsnelheid die vier tot vijf ordes van grootte sneller is dan die van de huidige solid-state transistors die in moderne computers worden gebruikt. Het pad van de elektronen die worden geproduceerd door de emissielocaties in het molecuul kan op subnanometerschaal worden geregeld met behulp van laserlichtpulsen.

“Vóór dit werk was een dergelijke optische controle van elektronenemissielocaties mogelijk op een schaal van 10 nm, maar het was moeilijk om deze elektronenbronnen te miniaturiseren met selectiviteit voor emissielocaties”, legt hij uit. Hirofumi Yanagisawa van de Universiteit van Tokio Instituut voor Solid State Physics.

De onderzoekers maakten hun overstap van één molecuul door fullereenmoleculen op de punt van een scherpe metalen naald af te zetten en een sterk constant elektrisch veld aan de top van de punt aan te leggen. Ze zagen uitsteeksels van één molecuul op de top verschijnen en ontdekten dat de elektrische velden op deze bultjes nog sterker worden. waardoor elektronen selectief uit deze afzonderlijke moleculen kunnen worden geëmitteerd. De uitgezonden elektronen komen van de metalen punt en passeren alleen de moleculen op de uitsteeksels.

 De schakelfunctie is als een spoorbaan

“De elektronenemissielocaties van een elektronenbron met één molecuul worden bepaald door de manier waarop elektronen in het molecuul worden verdeeld, of moleculaire orbitalen (MO’s)”, legt Yanagisawa uit. “De verdeling van de MO’s verandert grotendeels met de moleculaire niveaus en als de elektronen die door de metalen punt worden aangevoerd door licht worden aangeslagen, gaan die elektronen door verschillende MO’s in vergelijking met de elektronen die niet opgewonden zijn. Het resultaat is dat de emissielocaties met behulp van licht kunnen worden veranderd.”

Deze schakelfunctie, zegt hij, is conceptueel dezelfde als die van een trein die wordt omgeleid op een spoorlijn: de uitgezonden elektronen kunnen op hun standaardkoers blijven of worden omgeleid.

Het feit dat foto-geëxciteerde elektronen door verschillende MO's kunnen gaan in vergelijking met niet-geëxciteerde elektronen impliceert dat we deze orbitalen verder moeten kunnen veranderen en zo meerdere ultrasnelle schakelaars in één molecuul moeten integreren, voegt Yanagisawa toe. Dergelijke structuren kunnen vervolgens worden gebruikt om een ​​ultrasnelle computer te creëren.

Kwantumfysica stelt een snelheidslimiet in voor de snelst mogelijke opto-elektronische schakelaar

Een andere mogelijke toepassing is het verbeteren van de ruimtelijke resolutie van foto-elektronenemissiemicroscopie. Voorafgaand aan deze studie, legt Yanagisawa uit, was deze techniek minder dan 10 nm, maar kon nu 0.3 nm bereiken (wat klein genoeg is om MO's uit één molecuul op te lossen). “We kunnen dus onze ‘laser-geïnduceerde veldemissiemicroscoop’ (LFEM) gebruiken, zoals we die noemen, om de ultrasnelle dynamiek in afzonderlijke moleculen te volgen”, vertelt hij. Natuurkunde wereld. "Dergelijke moleculen zouden biomoleculen kunnen omvatten zoals die geassocieerd met fotosynthese, waarvan wordt gedacht dat ze elektronenprocessen op femtoseconde-tijdschaal omvatten."

In hun toekomstige werk hopen de onderzoekers uit Tokio de ruimtelijke resolutie van hun LFEM-techniek verder te verbeteren, zodat ze de atomaire structuur van een enkel molecuul kunnen achterhalen. Zij voeren deze werkzaamheden uit in het kader van de PRESTO-project.

De onderzoekers rapporteren hun werk in Physical Review Letters.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/