
Особая молекула углерода может функционировать как несколько высокоскоростных переключателей одновременно
Впервые международная группа исследователей из Института физики твердого тела Токийского университета, продемонстрировала переключатель, аналогичный транзистору, сделанный из одной молекулы, называемой фуллереном.
Используя тщательно настроенный лазерный импульс, исследователи могут использовать фуллерен для предсказуемого переключения пути входящего электрона. Этот процесс переключения может быть на три-шесть порядков быстрее, чем переключатели в микросхемах, в зависимости от используемых лазерных импульсов. Фуллереновые переключатели в сети могут создать компьютер, превосходящий возможности электронных транзисторов, а также могут привести к беспрецедентному уровню разрешения в микроскопических устройствах обработки изображений.
Более 70 лет назад физики обнаружили, что молекулы испускают электроны в присутствии электрических полей, а позже и при определенных длинах волн света. Эмиссия электронов создавала узоры, которые вызывали любопытство, но не поддавались объяснению. Это изменилось благодаря новому теоретическому анализу, разветвление которого может привести не только к новым высокотехнологичным приложениям, но и улучшить нашу способность исследовать сам физический мир.
Исследователь проекта Хирофуми Янагисава и его команда предположили, как должна вести себя эмиссия электронов из возбужденных молекул фуллерена при воздействии определенных видов лазерного излучения, и при проверке своих предсказаний они обнаружили, что они верны.
— Хирофуми Янагисава.

Молекула фуллерена, лежащая в основе переключателя, родственна, возможно, немного более известной углеродной нанотрубке, хотя вместо трубки фуллерен представляет собой сферу из атомов углерода. При размещении на металлическом наконечнике — по сути, на конце булавки — фуллерены ориентируются определенным образом, поэтому 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 свет использовался для управления испусканием электронов из молекулы таким образом.
— Хирофуми Янагисава.
В принципе, поскольку несколько сверхбыстрых электронных переключателей могут быть объединены в одну молекулу, потребуется 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, который был бы необходим для создания этого нового типа интегральной схемы. Таким образом, может пройти еще много лет, прежде чем мы увидим смартфон на основе фуллеренового коммутатора.
Используя тщательно настроенный лазерный импульс, исследователи могут использовать фуллерен для предсказуемого переключения пути входящего электрона. Этот процесс переключения может быть на три-шесть порядков быстрее, чем переключатели в микросхемах, в зависимости от используемых лазерных импульсов. Фуллереновые переключатели в сети могут создать компьютер, превосходящий возможности электронных транзисторов, а также могут привести к беспрецедентному уровню разрешения в микроскопических устройствах обработки изображений.
Более 70 лет назад физики обнаружили, что молекулы испускают электроны в присутствии электрических полей, а позже и при определенных длинах волн света. Эмиссия электронов создавала узоры, которые вызывали любопытство, но не поддавались объяснению. Это изменилось благодаря новому теоретическому анализу, разветвление которого может привести не только к новым высокотехнологичным приложениям, но и улучшить нашу способность исследовать сам физический мир.
Исследователь проекта Хирофуми Янагисава и его команда предположили, как должна вести себя эмиссия электронов из возбужденных молекул фуллерена при воздействии определенных видов лазерного излучения, и при проверке своих предсказаний они обнаружили, что они верны.
То, что нам удалось здесь сделать, — это контролировать то, как молекула направляет путь входящего электрона, используя очень короткий импульс красного лазерного света. В зависимости от импульса света электрон может либо оставаться на своем пути по умолчанию, либо быть перенаправлен предсказуемым образом. Так что это немного похоже на точки переключения на железнодорожном пути или электронный транзистор, только намного быстрее.
Мы думаем, что можем достичь скорости переключения в 1 миллион раз быстрее, чем у классического транзистора. И это может привести к реальной вычислительной производительности. Но не менее важно то, что если мы сможем настроить лазер так, чтобы заставить молекулу фуллерена переключаться несколькими способами. В то же время это может быть похоже на наличие нескольких микроскопических транзисторов в одной молекуле. Это может увеличить сложность системы без увеличения ее физического размера
Мы думаем, что можем достичь скорости переключения в 1 миллион раз быстрее, чем у классического транзистора. И это может привести к реальной вычислительной производительности. Но не менее важно то, что если мы сможем настроить лазер так, чтобы заставить молекулу фуллерена переключаться несколькими способами. В то же время это может быть похоже на наличие нескольких микроскопических транзисторов в одной молекуле. Это может увеличить сложность системы без увеличения ее физического размера
— Хирофуми Янагисава.

Молекула фуллерена, лежащая в основе переключателя, родственна, возможно, немного более известной углеродной нанотрубке, хотя вместо трубки фуллерен представляет собой сферу из атомов углерода. При размещении на металлическом наконечнике — по сути, на конце булавки — фуллерены ориентируются определенным образом, поэтому 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 свет использовался для управления испусканием электронов из молекулы таким образом.
Этот метод похож на то, как фотоэлектронный эмиссионный микроскоп создает изображения. Однако они могут достигать разрешения в лучшем случае около 10 нанометров, или десятимиллиардных долей метра. Наш фуллереновый переключатель улучшает это и позволяет получить разрешение около 300 пикометров, или триста триллионных долей метра
— Хирофуми Янагисава.
В принципе, поскольку несколько сверхбыстрых электронных переключателей могут быть объединены в одну молекулу, потребуется 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, который был бы необходим для создания этого нового типа интегральной схемы. Таким образом, может пройти еще много лет, прежде чем мы увидим смартфон на основе фуллеренового коммутатора.
- Евгения Бусина
- Хирофуми Янагисава
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....