Fotoekscytowane elektrony z fulerenu pomagają w tworzeniu szybkich przełączników

Wywołane światłem emisje elektronów z fulerenu, cząsteczki opartej na węglu, można wykorzystać do ultraszybkiego przełączenia. Nowe urządzenie, opracowane przez zespół z Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii, ma szybkość przełączania o cztery do pięciu rzędów wielkości większą niż obecne tranzystory półprzewodnikowe stosowane we współczesnych komputerach. Ścieżka elektronów wytwarzanych z miejsc emisji w cząsteczce może być kontrolowana w skali poniżej nanometra za pomocą impulsów światła laserowego.

„Przed tymi pracami taka optyczna kontrola miejsc emisji elektronów była możliwa w skali 10 nm, ale trudno było zminiaturyzować te źródła elektronów z selektywnością miejsc emisji”, wyjaśnia Hirofumi Yanagisawa z Uniwersytetu Tokijskiego Instytut Fizyki Ciała Stałego.

Naukowcy dokonali zamiany pojedynczej cząsteczki, osadzając cząsteczki fulerenu na czubku ostrej metalowej igły i przykładając silne stałe pole elektryczne do wierzchołka końcówki. Zaobserwowali jednocząsteczkowe wypukłości pojawiające się na wierzchołku i stwierdzili, że pola elektryczne stają się jeszcze silniejsze na tych wybrzuszeniach, umożliwiając selektywne emitowanie elektronów z tych pojedynczych cząsteczek. Emitowane elektrony pochodzą z metalowej końcówki i przechodzą tylko przez cząsteczki na występach.

 Funkcja przełączania jest jak tor kolejowy

„Miejsca emisji elektronów jednocząsteczkowego źródła elektronów są określane na podstawie sposobu rozmieszczenia elektronów w cząsteczce lub orbitali molekularnych (MO)”, wyjaśnia Yanagisawa. „Rozkład MO w dużej mierze zmienia się wraz z poziomami molekularnymi, a jeśli elektrony dostarczane z metalowej końcówki są wzbudzane przez światło, elektrony te przechodzą przez inne MO w porównaniu z tymi, które nie są wzbudzone. W rezultacie miejsca emisji można zmieniać za pomocą światła”.

Mówi, że ta funkcja przełączania jest koncepcyjnie taka sama, jak pociąg przekierowywany na tory kolejowe – emitowane elektrony mogą albo pozostać na swoim domyślnym kursie, albo zostać przekierowane.

Fakt, że elektrony fotowzbudzone mogą przechodzić przez różne MO w porównaniu z elektronami niewzbudzonymi, sugeruje, że powinniśmy być w stanie dalej zmieniać te orbitale, a tym samym integrować wiele ultraszybkich przełączników w jedną cząsteczkę, dodaje Yanagisawa. Takie struktury mogłyby następnie posłużyć do stworzenia ultraszybkiego komputera.

Fizyka kwantowa wyznacza ograniczenie prędkości dla najszybszego możliwego przełącznika optoelektronicznego

Innym możliwym zastosowaniem jest poprawa rozdzielczości przestrzennej emisyjnej mikroskopii fotoelektronowej. Przed tym badaniem, wyjaśnia Yanagisawa, ta technika była poniżej 10 nm, ale teraz mogła osiągnąć 0.3 nm (co jest wystarczająco małe, aby rozdzielić jednocząsteczkowe MO). „Możemy zatem użyć naszego„ mikroskopu emisji pola indukowanego laserem ”(LFEM), jak go nazwaliśmy, do śledzenia ultraszybkiej dynamiki w pojedynczych cząsteczkach”, mówi Świat Fizyki. „Takie cząsteczki mogą obejmować biomolekuły, takie jak te związane z fotosyntezą, które, jak się uważa, obejmują procesy elektronowe w skali femtosekundowej”.

W swojej przyszłej pracy naukowcy z Tokio mają nadzieję na dalszą poprawę rozdzielczości przestrzennej swojej techniki LFEM, aby mogli rozróżnić strukturę atomową pojedynczej cząsteczki. Wykonują tę pracę w ramach tzw Projekt PRESTO.

Naukowcy relacjonują swoją pracę w: Physical Review Letters.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/