Fotoexciterade elektroner från fulleren hjälper till att skapa höghastighetsomkopplare

Ljusinducerade elektronemissioner från fulleren, en kolbaserad molekyl, kan användas för att göra en ultrasnabb switch. Den nya enheten, utvecklad av ett team vid University of Tokyo, Japan, har en växlingshastighet som är fyra till fem storleksordningar snabbare än den för nuvarande halvledartransistorer som används i moderna datorer. Banan för elektronerna som produceras från emissionsställena i molekylen kan styras på sub-nanometerskalan med hjälp av pulser av laserljus.

"Innan detta arbete var sådan optisk kontroll av elektronemissionsplatser möjlig på en skala av 10 nm, men det var svårt att miniatyrisera dessa elektronkällor med emissionsplatsselektivitet", förklarar Hirofumi Yanagisawa från Tokyos universitet Institutet för fasta tillståndets fysik.

Forskarna gjorde sin enmolekylära switch genom att deponera fullerenmolekyler på spetsen av en vass metallnål och applicera ett starkt konstant elektriskt fält vid spetsens spets. De observerade utsprång av en enda molekyl som uppträdde på spetsen och fann att de elektriska fälten blir ännu starkare på dessa gupp, tillåter att elektroner emitteras selektivt från dessa enskilda molekyler. De emitterade elektronerna kommer från metallspetsen och passerar endast genom molekylerna på utsprången.

 Växlingsfunktionen är som ett järnvägsspår

"Elektronemissionsställena för en enmolekylär elektronkälla bestäms av hur elektronerna fördelas i molekylen, eller molekylära orbitaler (MOs)," förklarar Yanagisawa. "Fördelningen av MOs förändras till stor del med molekylära nivåer och om elektronerna som tillförs från metallspetsen exciteras av ljus, passerar dessa elektroner genom olika MO jämfört med de som inte exciteras. Resultatet är att utsläppsplatserna kan ändras med ljus.”

Denna växlingsfunktion, säger han, är begreppsmässigt densamma som den för ett tåg som omdirigeras på ett järnvägsspår – de emitterade elektronerna kan antingen stanna kvar på sin standardkurs eller omdirigeras.

Det faktum att fotoexciterade elektroner kan passera genom olika MO jämfört med oexciterade innebär att vi borde kunna ändra dessa orbitaler ytterligare och så integrera flera ultrasnabba växlar i en enda molekyl, tillägger Yanagisawa. Sådana strukturer kan sedan användas för att skapa en ultrasnabb dator.

Kvantfysiken sätter en hastighetsgräns för snabbast möjliga optoelektroniska switch

En annan möjlig tillämpning är att förbättra den rumsliga upplösningen av fotoelektronemissionsmikroskopi. Före denna studie, förklarar Yanagisawa, var denna teknik under 10 nm, men den kunde nu uppnå 0.3 nm (vilket är tillräckligt litet för att lösa monomolekylära MO). "Vi kan alltså använda vårt "laserinducerade fältemissionsmikroskop" (LFEM) som vi har kallat det för att följa ultrasnabb dynamik i enstaka molekyler, säger han. Fysikvärlden. "Sådana molekyler kan inkludera biomolekyler som de som är associerade med fotosyntes, som tros involvera femtosekund-elektronprocesser."

I sitt framtida arbete hoppas Tokyo-forskarna att ytterligare förbättra den rumsliga upplösningen av sin LFEM-teknik så att de kan lösa atomstrukturen hos en enda molekyl. De utför detta arbete som en del av PRESTO-projekt.

Forskarna redovisar sitt arbete i Fysiska granskningsbrev.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/