Переключатель, сделанный из одной молекулы

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 22 февраля 2023 г., 16:28:29 MSK
  • 0 комментариев
  • 36 просмотров
Международная группа исследователей продемонстрировала переключатель, аналогичный транзистору, изготовленный из одной молекулы, называемой фуллереном. Используя тщательно настроенный лазерный импульс, исследователи могут использовать фуллерен для предсказуемого изменения траектории входящего электрона. Этот процесс переключения может быть на три-шесть порядков быстрее, чем переключатели в микрочипах, в зависимости от используемых лазерных импульсов. Фуллереновые переключатели в сети могли бы создать компьютер, превосходящий то, что возможно с помощью электронных транзисторов, и они также могли бы привести к беспрецедентному уровню разрешения в микроскопических устройствах визуализации.

Впервые международная группа исследователей, в том числе из Института физики твердого тела Токийского университета, продемонстрировала переключатель, аналогичный транзистору, изготовленный из одной молекулы, называемой фуллереном. Используя тщательно настроенный лазерный импульс, исследователи могут использовать фуллерен для предсказуемого изменения траектории входящего электрона. Этот процесс переключения может быть на три-шесть порядков быстрее, чем переключатели в микрочипах, в зависимости от используемых лазерных импульсов. Фуллереновые переключатели в сети могли бы создать компьютер, превосходящий то, что возможно с помощью электронных транзисторов, и они также могли бы привести к беспрецедентному уровню разрешения в микроскопических устройствах формирования изображений.

Более 70 лет назад физики обнаружили, что молекулы испускают электроны в присутствии электрических полей, а позже и определенных длин волн света. Эмиссия электронов создавала закономерности, которые вызывали любопытство, но ускользали от объяснения. Но это изменилось благодаря новому теоретическому анализу, развитие которого могло бы не только привести к новым высокотехнологичным приложениям, но и улучшить нашу способность тщательно изучать сам физический мир. Исследователь проекта Хирофуми Янагисава и его команда теоретизировали, как должно вести себя излучение электронов возбужденными молекулами фуллерена при воздействии определенных видов лазерного излучения, и при проверке своих прогнозов обнаружили, что они были правильными.

"Что нам удалось здесь сделать, так это управлять тем, как молекула направляет путь входящего электрона, используя очень короткий импульс красного лазерного излучения", - сказал Янагисава. "В зависимости от импульса света электрон может либо оставаться на своем пути по умолчанию, либо быть перенаправлен предсказуемым образом. Таким образом, это немного похоже на точки переключения на железнодорожном пути или электронный транзистор, только намного быстрее. Мы думаем, что сможем достичь скорости переключения в 1 миллион раз быстрее, чем у классического транзистора. И это могло бы привести к повышению производительности вычислений в реальном мире. Но не менее важно то, что если мы сможем настроить лазер так, чтобы заставить молекулу фуллерена переключаться несколькими способами одновременно, это может быть похоже на наличие нескольких микроскопических транзисторов в одной молекуле. Это могло бы увеличить сложность системы без увеличения ее физического размера".

Молекула фуллерена, лежащая в основе переключателя, родственна, возможно, чуть более известной углеродной нанотрубке, хотя вместо трубки фуллерен представляет собой сферу из атомов углерода. При размещении на металлическом острие - по сути, на конце булавки - фуллерены ориентируются определенным образом, так что они будут предсказуемо направлять электроны. Быстрые лазерные импульсы в масштабе фемтосекунд, квадриллионных долей секунды или даже аттосекунд, квинтиллионных долей секунды фокусируются на молекулах фуллерена, вызывая эмиссию электронов. Это первый случай, когда лазерный луч был использован для управления излучением электронов из молекулы таким образом.

"Этот метод аналогичен способу получения изображений с помощью фотоэлектронно-эмиссионного микроскопа", - сказал Янагисава. "Однако они могут достигать разрешения в лучшем случае около 10 нанометров, или десяти миллиардных долей метра. Наш фуллереновый переключатель усиливает это и обеспечивает разрешение около 300 пикометров, или триста триллионных долей метра".

В принципе, поскольку несколько сверхбыстрых электронных переключателей могут быть объединены в одну молекулу, потребуется всего лишь небольшая сеть фуллереновых переключателей для выполнения вычислительных задач потенциально намного быстрее, чем обычные микрочипы. Но есть несколько препятствий, которые необходимо преодолеть, например, как миниатюризировать лазерный компонент, что было бы необходимо для создания этого нового вида интегральной схемы. Таким образом, может пройти еще много лет, прежде чем мы увидим смартфон на базе fullerene switch.

Комментарии

0 комментариев