Mednarodna skupina raziskovalcev, med katerimi so tudi raziskovalci z Inštituta za fiziko trdne snovi Univerze v Tokiu, je prvič prikazala stikalo, podobno tranzistorju, izdelano iz ene same molekule, imenovane fuleren. S skrbno nastavljenim laserskim impulzom lahko raziskovalci uporabijo fuleren za predvidljivo preklapljanje poti prihajajočega elektrona. Ta postopek preklapljanja je lahko za tri do šest velikostnih redov hitrejši od preklopov v mikročipih, odvisno od uporabljenih laserskih pulzov. Fulerenska stikala v omrežju bi lahko ustvarila računalnik, ki bi presegel možnosti elektronskih tranzistorjev, prav tako pa bi lahko privedla do doslej neznanih ravni ločljivosti v mikroskopskih slikovnih napravah.
Molekule ob prisotnosti električnih polj oddajajo elektrone
Pred več kot 70 leti so fiziki odkrili, da molekule ob prisotnosti električnih polj oddajajo elektrone, kasneje pa tudi določene valovne dolžine svetlobe. Emisije elektronov so ustvarjale vzorce, ki so vzbujali radovednost, vendar so se izmikali razlagi. Vendar se je to spremenilo zaradi nove teoretične analize, katere posledice lahko privedejo do novih visokotehnoloških aplikacij, pa tudi do izboljšanja naše zmožnosti natančnega preučevanja fizikalnega sveta. Raziskovalec projekta Hirofumi Yanagisawa in njegova ekipa so teoretično opredelili, kako naj bi se obnašala emisija elektronov iz vzbujenih molekul fulerena, ko so izpostavljene določenim vrstam laserske svetlobe, in ko so preverili svoje napovedi, so ugotovili, da so pravilne.
Foto: www.u-tokyo.ac.jp
»To, kar nam je uspelo, je, da smo z zelo kratkim pulzom rdeče laserske svetlobe nadzorovali način, kako molekula usmerja pot prihajajočega elektrona,« je dejal Yanagisawa. »Odvisno od impulza svetlobe lahko elektron ostane na svoji privzeti poti ali pa ga preusmerimo na predvidljiv način. To je nekaj podobnega kot preklopne točke na železniških tirih ali elektronski tranzistor, le da je veliko hitrejše. Menimo, da lahko dosežemo milijonkrat hitrejše preklapljanje kot pri klasičnem tranzistorju. To bi se lahko odrazilo v dejanski zmogljivosti v računalništvu. Enako pomembno pa je, da če lahko laser nastavimo tako, da molekule fulerena preklopimo na več načinov hkrati, bi lahko imeli več mikroskopskih tranzistorjev v eni sami molekuli. To bi lahko povečalo kompleksnost sistema, ne da bi se povečala njegova fizična velikost.«
Prvi primer uporabe laserske svetlobe za nadzor emisije elektronov iz molekule na ta način
Molekula fulerena, ki je osnova stikala, je povezana z morda nekoliko bolj znano ogljikovo nanocevko, čeprav je fuleren namesto cevi krogla ogljikovih atomov. Ko jih položimo na kovinsko točko – v bistvu na konec zatiča – se fulereni usmerijo na določen način, tako da bodo predvidljivo usmerjali elektrone. Hitri laserski impulzi na ravni femtosekund, kvadrilijontin sekunde ali celo atosekund, kvintilijontin sekunde, so usmerjeni na molekule fulerena, da sprožijo emisijo elektronov. To je prvi primer uporabe laserske svetlobe za nadzor emisije elektronov iz molekule na ta način.
»Ta tehnika je podobna načinu, kako fotoelektronski emisijski mikroskop ustvarja slike,« je dejal Yanagisawa. »Vendar lahko ti dosežejo ločljivost največ deset nanometrov ali deset milijardink metra. Naše fulerensko stikalo to izboljša in omogoča ločljivost približno 300 pikometrov ali tri stotrilijoninke metra.«
Ker je mogoče v eno molekulo združiti več ultrahitrih elektronskih stikal, bi bilo načeloma potrebno le majhno omrežje fulerenskih stikal za izvajanje računalniških nalog, ki bi bile lahko veliko hitrejše od običajnih mikročipov. Vendar pa je treba premagati še nekaj ovir, na primer kako miniaturizirati lasersko komponento, ki bi bila nujna za izdelavo te nove vrste integriranega vezja. Zato bo morda minilo še veliko let, preden bomo videli pametni telefon na osnovi fulerenskih stikal.
Novinar
