Фотовозбужденные электроны из фуллерена помогают создать высокоскоростной переключатель

Вызванная светом эмиссия электронов из фуллерена, молекулы на основе углерода, может быть использована для сверхбыстрого переключения. Новое устройство, разработанное группой под руководством Токийского университета в Японии, имеет скорость переключения на четыре-пять порядков выше, чем у современных твердотельных транзисторов, используемых в современных компьютерах. Путь электронов, образующихся в местах испускания в молекуле, можно контролировать в субнанометровом масштабе с помощью импульсов лазерного света.

«До этой работы такой оптический контроль мест эмиссии электронов был возможен в масштабе 10 нм, но было сложно миниатюризировать эти источники электронов с селективностью по местам эмиссии», — объясняет Хирофуми Янагисава Токийского университета Институт физики твердого тела.

Исследователи произвели свой одномолекулярный переключатель, поместив молекулы фуллерена на кончик острой металлической иглы и приложив сильное постоянное электрическое поле к вершине острия. Они наблюдали одиночные молекулярные выступы, появляющиеся на вершине, и обнаружили, что электрические поля на этих выступах становятся еще сильнее. позволяя электронам испускаться избирательно из этих одиночных молекул. Испускаемые электроны исходят от металлического наконечника и проходят только через молекулы на выступах.

 Функция переключения подобна железнодорожному полотну

«Места эмиссии электронов одиночного молекулярного источника электронов определяются тем, как электроны распределены в молекуле, или молекулярными орбиталями (МО)», — объясняет Янагисава. «Распределение МО в значительной степени меняется с молекулярными уровнями, и если электроны, поступающие от металлического наконечника, возбуждаются светом, эти электроны проходят через другие МО по сравнению с теми, которые не возбуждены. В результате места излучения можно изменить с помощью света».

Эта функция переключения, по его словам, концептуально такая же, как у поезда, который меняет направление на железнодорожном полотне — испускаемые электроны могут либо оставаться на своем курсе по умолчанию, либо быть перенаправленными.

Тот факт, что фотовозбужденные электроны могут проходить через разные МО по сравнению с невозбужденными, означает, что мы должны иметь возможность дополнительно изменять эти орбитали и, таким образом, интегрировать несколько сверхбыстрых переключателей в единую молекулу, добавляет Янагисава. Затем такие структуры можно было бы использовать для создания сверхбыстрого компьютера.

Квантовая физика устанавливает ограничение скорости для самого быстрого оптоэлектронного переключателя

Еще одним возможным применением является улучшение пространственного разрешения фотоэлектронной эмиссионной микроскопии. До этого исследования, объясняет Янагисава, этот метод был менее 10 нм, но теперь он может достигать 0.3 нм (что достаточно мало для разрешения одномолекулярных МО). «Таким образом, мы можем использовать наш «лазерно-индуцированный автоэмиссионный микроскоп» (LFEM), как мы его назвали, для наблюдения за сверхбыстрой динамикой отдельных молекул», — говорит он. Мир физики. «Такие молекулы могут включать биомолекулы, связанные с фотосинтезом, которые, как считается, включают электронные процессы в фемтосекундном масштабе».

В своей будущей работе исследователи из Токио надеются еще больше улучшить пространственное разрешение своего метода LFEM, чтобы они могли определять атомную структуру отдельной молекулы. Они выполняют эту работу в рамках ПРЕСТО проект.

Исследователи сообщают о своей работе в Physical Review Letters,.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/