Gelen elektron ve gelen kırmızı lazer ışık darbeleri ile bir fulleren anahtarını bir sanatçının yorumu. Kredi: 2023 Yanagisawa ve diğerleri.
Benzersiz bir karbon molekülünün aynı anda birden çok yüksek hızlı anahtar olarak çalışma yeteneğine sahip olduğu bulundu.
Uluslararası bir araştırma ekibi, Tokyo Üniversitesi’nin Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden olanlar da dahil olmak üzere, çığır açan bir keşif yaptı. Fullerene adlı tek bir molekülün, bir transistöre benzer şekilde anahtar olarak kullanıldığını başarıyla göstermişlerdir. Ekip bunu, gelen bir elektronun yolunu öngörülebilir bir şekilde kontrol etmelerine olanak tanıyan, hassas şekilde kalibre edilmiş bir lazer darbesi kullanarak başardı.
Fuleren moleküllerinin etkinleştirdiği anahtarlama işlemi, kullanılan anahtarlardan önemli ölçüde daha hızlı olabilir. kullanılan lazer darbelerine bağlı olarak üç ila altı büyüklük mertebesinde hız artışına sahip mikroçipler. Bir ağda fulleren anahtarların kullanılması, şu anda elektronik transistörlerle elde edilebilenin ötesinde yeteneklere sahip bir bilgisayarın yaratılmasıyla sonuçlanabilir. Ek olarak, benzeri görülmemiş düzeyde çözünürlük sağlayarak mikroskobik görüntüleme cihazlarında devrim yaratma potansiyeline sahiptirler.
70 yılı aşkın bir süre önce fizikçiler, moleküllerin elektrik alanlarının varlığında elektronlar yaydığını ve daha sonra belirli dalga boylarında ışık yaydığını keşfettiler. . Elektron emisyonları, merak uyandıran ancak açıklamadan kaçan modeller yarattı. Ancak bu, sonuçları yalnızca yeni yüksek teknoloji uygulamalarına yol açabilecek değil, aynı zamanda fiziksel dünyanın kendisini inceleme yeteneğimizi geliştirebilecek yeni bir teorik analiz sayesinde değişti.
A fullerene anahtarının bir tren yolu anahtarlama noktası gibi nasıl çalıştığına dair basit bir benzetme. Işık darbesi, burada bir trenle temsil edilen, gelen elektronun izlediği yolu değiştirebilir. Kredi: 2023 Yanagisawa ve diğerleri.
Proje Araştırmacısı Hirofumi Yanagisawa ve ekibi, uyarılmış fulleren moleküllerinden elektron emisyonunun belirli türde lazer ışığına maruz kaldığında ve tahminlerini test ederken nasıl davranması gerektiğini teorileştirdi. , doğru olduklarını buldu.
“Burada yapmayı başardığımız şey, çok kısa bir kırmızı lazer ışığı darbesi kullanarak bir molekülün gelen bir elektronun yolunu yönlendirme şeklini kontrol etmektir” dedi Yanagisawa. “Işığın nabzına bağlı olarak, elektron ya varsayılan rotasında kalabilir ya da tahmin edilebilir bir şekilde yeniden yönlendirilebilir. Yani, biraz bir tren rayındaki anahtarlama noktalarına veya bir elektronik transistöre benziyor, sadece çok daha hızlı. Klasik bir transistörden 1 milyon kat daha hızlı anahtarlama hızına ulaşabileceğimizi düşünüyoruz. Ve bu, bilgi işlemde gerçek dünya performansına dönüşebilir. Ancak aynı derecede önemli olan, lazeri fulleren molekülünü aynı anda birden fazla şekilde geçiş yapmaya ikna edecek şekilde ayarlayabilirsek, bu tek bir molekülde birden çok mikroskobik transistöre sahip olmak gibi olabilir. Bu, sistemin fiziksel boyutunu artırmadan karmaşıklığını artırabilir.”
Anahtarın altında yatan fulleren molekülü, belki biraz daha ünlü olan karbon nanotüp ile ilişkilidir, ancak fulleren bir tüp yerine bir karbon küresidir. atomlar. Metal bir noktaya – esasen bir pimin ucuna – yerleştirildiğinde, fullerenler belirli bir şekilde yönlendirilir, böylece elektronları tahmin edilebilir şekilde yönlendirirler. Femtosaniye, saniyenin katrilyonda biri veya hatta attosaniye, saniyenin kentilyonda biri ölçeğindeki hızlı lazer darbeleri, elektron emisyonunu tetiklemek için fulleren moleküllerine odaklanır. Bu, bir molekülden elektron emisyonunu bu şekilde kontrol etmek için ilk kez lazer ışığı kullanılıyor.
Yanagisawa, “Bu teknik, bir fotoelektron emisyon mikroskobunun görüntü üretme yöntemine benzer,” dedi. “Ancak, bunlar en iyi yaklaşık 10 nanometre veya bir metrenin on milyarda biri çözünürlüklere ulaşabilir. Fulleren anahtarımız bunu geliştirir ve yaklaşık 300 pikometre veya bir metrenin üç yüz trilyonda biri çözünürlük sağlar.”
Prensipte, birden fazla ultra hızlı elektron anahtarı tek bir molekülde birleştirilebileceğinden, yalnızca hesaplama görevlerini geleneksel mikroçiplerden potansiyel olarak çok daha hızlı gerçekleştirmek için küçük bir fullerene anahtar ağı kullanın. Ancak, bu yeni tür entegre devreyi oluşturmak için gerekli olan lazer bileşeninin nasıl minyatürleştirileceği gibi üstesinden gelinmesi gereken birkaç engel var. Bu nedenle, fullerene anahtar tabanlı bir akıllı telefon görmemiz için daha yıllar geçmesi gerekebilir.
Referans: “Light-Induced Subnanometric Modulation of a Single-Molecule Electron Source”, yazan Hirofumi Yanagisawa, Markus Bohn, Hirotaka Kitoh- Nishioka, Florian Goschin ve Matthias F. Kling, 8 Mart 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.106204
Çalışma, PRESTO ve Alman Araştırma Kurumu tarafından finanse edilmiştir. temel.