Fotovzbujeni elektroni iz fulerena pomagajo ustvariti hitro stikalo

Svetlobno inducirane emisije elektronov iz fulerena, molekule na osnovi ogljika, se lahko uporabijo za izdelavo ultrahitrega stikala. Nova naprava, ki jo je razvila ekipa na čelu z Univerzo v Tokiu na Japonskem, ima hitrost preklopa, ki je za štiri do pet velikosti hitrejša od hitrosti trenutnih polprevodniških tranzistorjev, ki se uporabljajo v sodobnih računalnikih. Pot elektronov, proizvedenih iz emisijskih mest v molekuli, je mogoče nadzorovati na podnanometrski lestvici z uporabo impulzov laserske svetlobe.

"Pred tem delom je bil takšen optični nadzor mest oddajanja elektronov mogoč na lestvici 10 nm, vendar je bilo te vire elektronov težko miniaturizirati s selektivnostjo mesta oddajanja," pojasnjuje. Hirofumi Yanagisawa Univerze v Tokiu Inštitut za fiziko trdne snovi.

Raziskovalci so svoje enomolekulsko stikalo izvedli tako, da so molekule fulerena nanesli na konico ostre kovinske igle in uporabili močno konstantno električno polje na konici konice. Opazili so enomolekulske štrline, ki so se pojavile na vrhu, in ugotovili, da električna polja na teh izboklinah postanejo še močnejša, omogoča selektivno oddajanje elektronov iz teh posameznih molekul. Emitirani elektroni prihajajo iz kovinske konice in prehajajo le skozi molekule na izboklinah.

 Preklopna funkcija je podobna železniški progi

"Mesta oddajanja elektronov enomolekulskega vira elektronov so določena z načinom porazdelitve elektronov v molekuli ali molekularnih orbital (MO)," pojasnjuje Yanagisawa. »Porazdelitev MO se v veliki meri spreminja z molekularnimi ravnmi in če elektrone, ki jih dovaja kovinska konica, vzbuja svetloba, gredo ti elektroni skozi različne MO v primerjavi s tistimi, ki niso vzbujeni. Rezultat tega je, da je mogoče mesta emisij spremeniti s pomočjo svetlobe.

Ta preklopna funkcija, pravi, je konceptualno enaka kot pri preusmerjanju vlaka na železniški tir – oddani elektroni lahko ostanejo na privzeti poti ali pa se preusmerijo.

Dejstvo, da lahko fotovzbujeni elektroni prehajajo skozi različne MO v primerjavi z nevzbujenimi, pomeni, da bi morali biti sposobni nadalje spremeniti te orbitale in tako integrirati več ultrahitrih stikal v eno samo molekulo, dodaja Yanagisawa. Takšne strukture bi lahko nato uporabili za izdelavo ultra hitrega računalnika.

Kvantna fizika postavlja omejitev hitrosti za najhitrejše možno optoelektronsko preklop

Druga možna uporaba je izboljšanje prostorske ločljivosti fotoelektronske emisijske mikroskopije. Pred to študijo, pojasnjuje Yanagisawa, je bila ta tehnika pod 10 nm, zdaj pa bi lahko dosegla 0.3 nm (kar je dovolj majhno za razrešitev enomolekulskih MO). »Tako lahko uporabimo naš 'lasersko inducirani poljski emisijski mikroskop' (LFEM), kot smo ga poimenovali, da sledi ultrahitri dinamiki v posameznih molekulah,« pravi. Svet fizike. "Takšne molekule bi lahko vključevale biomolekule, kot so tiste, povezane s fotosintezo, za katere se domneva, da vključujejo elektronske procese v femtosekundnem časovnem merilu."

V svojem prihodnjem delu tokijski raziskovalci upajo, da bodo še izboljšali prostorsko ločljivost svoje tehnike LFEM, tako da bodo lahko razrešili atomsko strukturo ene same molekule. To delo opravljajo v sklopu Projekt PRESTO.

Raziskovalci poročajo o svojem delu v Pisni pregledi fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/