Фотозбуджені електрони фулерену допомагають створити високошвидкісний перемикач

Індуковане світлом випромінювання електронів від фулерену, молекули на основі вуглецю, можна використовувати для створення надшвидкого перемикача. Новий пристрій, розроблений командою під керівництвом Токійського університету, Японія, має швидкість перемикання, яка на чотири-п’ять порядків вище, ніж у сучасних твердотільних транзисторів, які використовуються в сучасних комп’ютерах. Шлях електронів, що утворюються з місць випромінювання в молекулі, можна контролювати на субнанометровому масштабі за допомогою імпульсів лазерного світла.

«До цієї роботи такий оптичний контроль ділянок емісії електронів був можливий у масштабі 10 нм, але було важко мініатюризувати ці джерела електронів із вибірковістю ділянок емісії», — пояснює. Хірофумі Янагісава Токійського університету Інститут фізики твердого тіла.

Дослідники зробили свій одномолекулярний перемикач, осадивши молекули фулерену на кінчик гострої металевої голки та застосувавши сильне постійне електричне поле на вершині кінчика. Вони спостерігали виступи однієї молекули, які з’являлися на вершині, і виявили, що електричні поля стають ще сильнішими на цих нерівностях, дозволяючи електронам вибірково випускатися з цих окремих молекул. Випущені електрони виходять із металевого наконечника й проходять лише через молекули на виступах.

 Функція перемикання схожа на залізничну колію

«Місця випромінювання електронів одномолекулярного джерела електронів визначаються тим, як електрони розподіляються в молекулі, або молекулярними орбіталями (МО)», — пояснює Янагісава. «Розподіл МО значною мірою змінюється залежно від молекулярних рівнів, і якщо електрони, що надходять від металевого кінчика, збуджуються світлом, ці електрони проходять через різні МО порівняно з тими, які не збуджені. Результатом є те, що місця випромінювання можна змінювати за допомогою світла».

Ця функція перемикання, за його словами, концептуально така ж, як і функція перенаправлення поїзда на залізничній колії – випущені електрони можуть або залишатися на своєму курсі за замовчуванням, або бути перенаправлені.

Той факт, що фотозбуджені електрони можуть проходити через різні МО порівняно з незбудженими, означає, що ми повинні мати можливість далі змінювати ці орбіталі та таким чином інтегрувати кілька надшвидких перемикачів в одну молекулу, додає Янагісава. Такі структури можна було б потім використовувати для створення надшвидкого комп’ютера.

Квантова фізика встановлює обмеження швидкості для найшвидшого оптоелектронного комутатора

Іншим можливим застосуванням є покращення просторової роздільної здатності фотоелектронної емісійної мікроскопії. До цього дослідження, пояснює Янагісава, ця методика була менше 10 нм, але тепер вона могла досягти 0.3 нм (що є досить малим, щоб розділити одномолекулярні МО). «Таким чином, ми можемо використовувати наш «лазерно-індукований польовий емісійний мікроскоп» (LFEM), як ми його назвали, щоб стежити за надшвидкою динамікою в окремих молекулах», — розповідає він. Світ фізики. «Такі молекули можуть включати біомолекули, такі як ті, що пов’язані з фотосинтезом, які, як вважають, включають фемтосекундні процеси електронів».

У своїй майбутній роботі токійські дослідники сподіваються ще більше покращити просторову роздільну здатність своєї техніки LFEM, щоб вони могли розпізнати атомну структуру однієї молекули. Цю роботу вони виконують у складі Проект PRESTO.

Дослідники звітують про свою роботу в Physical Review Letters,.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/photoexcited-electrons-from-fullerene-help-create-high-speed-switch/