อิเล็กตรอนที่กระตุ้นด้วยแสงจากฟูลเลอรีนช่วยสร้างสวิตช์ความเร็วสูง

อิเล็กตรอนที่กระตุ้นด้วยแสงจากฟูลเลอรีนช่วยสร้างสวิตช์ความเร็วสูง

ประทับเวลา: 20 มีนาคม 2023 10:00 น

สวิตช์ฟูลเลอรีนที่มีอิเล็กตรอนเข้ามาและพัลส์แสงเลเซอร์สีแดงที่ตกกระทบ
สวิตช์ฟูลเลอรีน: การแสดงผลของสวิตช์ฟูลเลอรีนของศิลปินพร้อมอิเล็กตรอนขาเข้าและพัลส์แสงเลเซอร์สีแดง (มารยาท: ©2023 Yanagisawa เอตอัล)

การปล่อยอิเล็กตรอนที่เหนี่ยวนำด้วยแสงจากฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างสวิตช์ที่เร็วเป็นพิเศษได้ อุปกรณ์ใหม่นี้พัฒนาโดยทีมงานที่มหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น มีความเร็วในการเปลี่ยนที่เร็วกว่าทรานซิสเตอร์โซลิดสเตตปัจจุบันที่ใช้ในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ถึง XNUMX-XNUMX คำสั่ง เส้นทางของอิเล็กตรอนที่เกิดจากตำแหน่งที่ปล่อยออกมาในโมเลกุลสามารถควบคุมได้ในระดับนาโนเมตรโดยใช้พัลส์ของแสงเลเซอร์

"ก่อนหน้างานนี้ การควบคุมด้วยแสงของตำแหน่งการปล่อยอิเล็กตรอนสามารถทำได้ในระดับ 10 นาโนเมตร แต่เป็นการยากที่จะลดขนาดแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนเหล่านี้ด้วยการเลือกไซต์ที่ปล่อย" อธิบาย ฮิโรฟุมิ ยานางิซาว่า ของมหาวิทยาลัยโตเกียว สถาบันโซลิดสเตทฟิสิกส์.

นักวิจัยได้ทำการเปลี่ยนโมเลกุลเดี่ยวโดยการฝากโมเลกุลฟูลเลอรีนไว้ที่ปลายเข็มโลหะที่แหลมคม และใช้สนามไฟฟ้าคงที่แรงสูงที่ปลายสุดของปลาย พวกเขาสังเกตส่วนที่ยื่นออกมาของโมเลกุลเดี่ยวที่ปลายยอด และพบว่าสนามไฟฟ้าจะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นที่ส่วนกระแทกเหล่านี้ ปล่อยให้อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาอย่างคัดเลือกจากโมเลกุลเดี่ยวเหล่านี้. อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมานั้นมาจากปลายโลหะและผ่านโมเลกุลที่ยื่นออกมาเท่านั้น

 ฟังก์ชั่นการสลับเป็นเหมือนรางรถไฟ

Yanagisawa อธิบายว่า "ตำแหน่งการปลดปล่อยอิเล็กตรอนของแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนโมเลกุลเดี่ยวนั้นถูกกำหนดโดยวิธีการกระจายอิเล็กตรอนในโมเลกุลหรือวงโคจรของโมเลกุล (MOs)" Yanagisawa อธิบาย “การกระจายตัวของ MOs ส่วนใหญ่เปลี่ยนไปตามระดับโมเลกุล และถ้าอิเล็กตรอนที่ป้อนจากปลายโลหะถูกกระตุ้นด้วยแสง อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะผ่าน MOs ต่างๆ กันเมื่อเทียบกับที่ไม่ได้รับการกระตุ้น ผลลัพธ์คือสามารถเปลี่ยนจุดปล่อยมลพิษได้โดยใช้แสง”

เขากล่าวว่าฟังก์ชันสวิตชิ่งนี้มีแนวคิดเหมือนกับของรถไฟที่ถูกเปลี่ยนเส้นทางบนรางรถไฟ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาสามารถอยู่ในเส้นทางเริ่มต้นหรือถูกเปลี่ยนเส้นทางก็ได้

ข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนที่กระตุ้นด้วยแสงสามารถผ่าน MOs ที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับตัวที่ไม่ตื่นเต้นหมายความว่าเราควรจะสามารถเปลี่ยนออร์บิทัลเหล่านี้เพิ่มเติมได้ ดังนั้นรวมสวิตช์ที่เร็วมากหลายตัวไว้ในโมเลกุลเดียว Yanagisawa กล่าวเสริม โครงสร้างดังกล่าวสามารถใช้เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ที่เร็วมาก

การใช้งานที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ของกล้องจุลทรรศน์การแผ่รังสีโฟโตอิเล็กตรอน Yanagisawa อธิบายก่อนการศึกษานี้ เทคนิคนี้มีขนาดต่ำกว่า 10 นาโนเมตร แต่ตอนนี้สามารถทำได้ถึง 0.3 นาโนเมตร (ซึ่งเล็กพอที่จะแก้ไข MO โมเลกุลเดี่ยว) "เราจึงสามารถใช้ 'กล้องจุลทรรศน์การปล่อยสนามด้วยแสงเลเซอร์' (LFEM) ของเราตามที่เราเรียกมันว่าเป็นไปตามไดนามิกที่เร็วมากในโมเลกุลเดี่ยว" เขากล่าว โลกฟิสิกส์. "โมเลกุลดังกล่าวอาจรวมถึงสารชีวโมเลกุล เช่น สารที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งคิดว่าเกี่ยวข้องกับกระบวนการอิเล็กตรอนในระดับเฟมโตวินาที"

ในการทำงานในอนาคต นักวิจัยของโตเกียวหวังว่าจะปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ของเทคนิค LFEM ให้ดียิ่งขึ้น เพื่อให้สามารถแก้ไขโครงสร้างอะตอมของโมเลกุลเดี่ยวได้ พวกเขากำลังทำงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของ โครงการเพรสโต้.

ผู้วิจัยรายงานผลงานใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์