Suis molekul 18.03.2023

Pasukan penyelidik antarabangsa, termasuk mereka dari Institut Fizik Keadaan Pepejal di Universiti Tokyo, telah membuat penemuan terobosan. Mereka berjaya menunjukkan penggunaan molekul tunggal yang dipanggil fullerene sebagai suis seperti transistor. Pasukan ini mencapai ini dengan menggunakan nadi laser yang ditentukur halus yang membolehkan mereka mengawal laluan elektron input secara boleh diramal.

Proses pensuisan yang disediakan oleh molekul fullerene boleh menjadi lebih pantas daripada suis yang digunakan dalam mikrocip, dengan peningkatan kelajuan tiga hingga enam urutan magnitud bergantung pada denyutan laser yang digunakan. Penggunaan suis fullerene pada rangkaian boleh menghasilkan komputer dengan keupayaan melebihi apa yang tersedia dengan transistor elektronik. Di samping itu, mereka mempunyai potensi untuk merevolusikan peranti pengimejan mikroskopik, memberikan tahap resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Lebih daripada 70 tahun yang lalu, ahli fizik mendapati bahawa molekul memancarkan elektron dengan kehadiran medan elektrik dan kemudian panjang gelombang cahaya tertentu. Pembebasan elektron menghasilkan corak yang menimbulkan rasa ingin tahu tetapi mengelak penjelasan. Tetapi itu telah berubah terima kasih kepada analisis teori baharu, yang kesannya bukan sahaja boleh membawa kepada aplikasi berteknologi tinggi baharu, tetapi juga meningkatkan keupayaan kita untuk meneliti dunia fizikal itu sendiri.

Analogi mudah tentang cara suis fullerene berfungsi seperti suis kereta api. Nadi cahaya boleh mengubah laluan yang diambil oleh elektron input, yang diwakili di sini oleh litar.

Penyelidik projek Hirofumi Yanagisawa dan pasukannya berteori bagaimana pelepasan elektron daripada molekul fullerene yang teruja harus bertindak apabila terdedah kepada jenis cahaya laser tertentu, dan selepas menguji ramalan mereka, mereka mendapati bahawa ia adalah betul.

Bergantung pada momentum cahaya, elektron boleh sama ada kekal pada laluan lalainya atau dialihkan dengan cara yang boleh diramal. Jadi, ia agak seperti menukar titik pada landasan kereta api atau transistor elektronik, hanya lebih pantas. Para saintis percaya bahawa kita boleh mencapai kelajuan pensuisan 1 juta kali lebih cepat daripada transistor klasik. Dan itu boleh membawa kepada prestasi sebenar dalam pengkomputeran. Tetapi sama pentingnya, jika kita boleh menala laser untuk menyebabkan molekul fullerene bertukar dalam pelbagai cara pada masa yang sama, ia boleh menjadi seperti mempunyai berbilang transistor mikroskopik dalam satu molekul.

Molekul fullerene di tengah-tengah suis berkaitan dengan nanotube karbon yang mungkin sedikit lebih dikenali, walaupun bukan tiub, fullerene ialah sfera atom karbon. Apabila diletakkan pada titik logam—pada asasnya hujung jepit rambut—fulerenes mengorientasikan diri mereka dengan cara tertentu untuk membimbing elektron dengan cara yang boleh diramal. Denyutan laser pantas pada skala femtosaat, kuadrilion saat, atau bahkan attosaat, kuintillion per saat, difokuskan pada molekul fullerene untuk menyebabkan elektron terpancar. Ini adalah kali pertama cahaya laser digunakan untuk mengawal pelepasan elektron daripada molekul dengan cara ini.

Pada dasarnya, oleh kerana beberapa suis elektronik ultra-pantas boleh digabungkan menjadi satu molekul, hanya rangkaian kecil suis fullerene diperlukan untuk melaksanakan tugas pengiraan dengan lebih pantas daripada cip konvensional. Tetapi terdapat beberapa halangan untuk diatasi, seperti cara mengecilkan komponen laser yang diperlukan untuk mencipta litar bersepadu baharu ini. Jadi, mungkin bertahun-tahun sebelum kita melihat telefon pintar berdasarkan suis fullerene.