Electronii fotoexcitați din fullerene ajută la crearea comutatorului de mare viteză

Emisiile de electroni induse de lumină de la fullerenă, o moleculă pe bază de carbon, pot fi folosite pentru a face o schimbare ultrarapidă. Noul dispozitiv, dezvoltat de o echipă condusă la Universitatea din Tokyo, Japonia, are o viteză de comutare care este cu patru până la cinci ordine de mărime mai mare decât cea a tranzistorilor cu stare solidă actuali utilizați în computerele moderne. Calea electronilor produși din locurile de emisie din moleculă poate fi controlată la scară subnanometrică folosind impulsuri de lumină laser.

„Înainte de această lucrare, un astfel de control optic al site-urilor de emisie de electroni era posibil la o scară de 10 nm, dar era dificil să miniaturizezi aceste surse de electroni cu selectivitate la locul de emisie”, explică. Hirofumi Yanagisawa de la Universitatea din Tokyo Institutul pentru Fizica Solidelor.

Cercetătorii și-au făcut schimbarea cu o singură moleculă depunând molecule de fuleren pe vârful unui ac metalic ascuțit și aplicând un câmp electric constant puternic la vârful vârfului. Ei au observat proeminențe cu o singură moleculă care apar pe vârf și au descoperit că câmpurile electrice devin și mai puternice pe aceste denivelări, permițând electronii să fie emiși selectiv din aceste molecule unice. Electronii emiși provin din vârful metalic și trec doar prin moleculele de pe proeminențe.

 Funcția de comutare este ca o cale ferată

„Locurile de emisie de electroni ale unei surse de electroni cu o singură moleculă sunt determinate de modul în care electronii sunt distribuiți în moleculă sau orbitalii moleculari (MO)”, explică Yanagisawa. „Distribuția MO se schimbă în mare măsură cu nivelurile moleculare și dacă electronii furnizați de la vârful metalului sunt excitați de lumină, acei electroni trec prin diferite MO în comparație cu cei care nu sunt excitați. Rezultatul este că locurile de emisie pot fi modificate folosind lumină.”

Această funcție de comutare, spune el, este conceptual aceeași cu cea a unui tren care este redirecționat pe o cale ferată - electronii emiși pot fie să rămână pe cursul lor implicit, fie să fie redirecționați.

Faptul că electronii fotoexcitați pot trece prin diferite MO în comparație cu cei neexcitați implică faptul că ar trebui să putem schimba în continuare acești orbitali și astfel să integrăm mai multe comutatoare ultrarapide într-o singură moleculă, adaugă Yanagisawa. Astfel de structuri ar putea fi apoi folosite pentru a crea un computer ultrarapid.

Fizica cuantică stabilește o limită de viteză pentru comutatorul optoelectronic cel mai rapid posibil

O altă aplicație posibilă este îmbunătățirea rezoluției spațiale a microscopiei cu emisie de fotoelectroni. Înainte de acest studiu, explică Yanagisawa, această tehnică era sub 10 nm, dar acum putea atinge 0.3 nm (ceea ce este suficient de mic pentru a rezolva MO cu o singură moleculă). „Putem folosi astfel „microscopul nostru cu emisie de câmp indusă de laser” (LFEM) așa cum l-am numit pentru a urmări dinamica ultrarapidă în molecule individuale”, spune el. Lumea fizicii. „Astfel de molecule ar putea include biomolecule, cum ar fi cele asociate cu fotosinteza, despre care se crede că implică procese electronice la scară temporală de femtosecundă.”

În lucrările lor viitoare, cercetătorii de la Tokyo speră să îmbunătățească în continuare rezoluția spațială a tehnicii lor LFEM, astfel încât să poată rezolva structura atomică a unei singure molecule. Ei efectuează această lucrare ca parte a proiect PRESTO.

Cercetătorii își raportează munca în Scrisori de recenzie fizică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/