Молекулярный переключатель

18.03.2023

Международная группа исследователей, в том числе из Института физики твердого тела Токийского университета, совершила новаторское открытие. Они успешно продемонстрировали использование одной молекулы под названием фуллерен как переключатель, подобный транзистору. Команда достигла этого, применив точно откалиброванный лазерный импульс, позволивший им предсказуемо контролировать путь входного электрона.

Процесс переключения, обеспечиваемый молекулами фуллерена, может быть значительно быстрее, чем используемые в микрочипах переключатели с увеличением скорости на три-шесть порядков в зависимости от используемых лазерных импульсов. Использование фуллереновых переключателей в сети может привести к созданию компьютера с возможностями, превышающими возможности, которые доступны с помощью электронных транзисторов. Кроме того, они обладают потенциалом революционизировать устройства для микроскопических изображений, обеспечивая беспрецедентный уровень разрешения.

Более 70 лет назад физики обнаружили, что молекулы излучают электроны в присутствии электрических полей, а затем и определенных длин волн света. Излучение электронов создавало узоры, которые вызывали любопытство, но избегали объяснения. Но это изменилось благодаря новому теоретическому анализу, разветвление которого может не только привести к новым высокотехнологичным применениям, но и улучшить нашу способность тщательно исследовать сам физический мир.

Простая аналогия того, как фуллереновый переключатель работает как переключатель поездов. Световой импульс может изменить путь, по которому проходит входной электрон, представленный здесь цепью.

Исследователь проекта Хирофуми Янагисава и его команда выдвинули теорию о том, как должно вести себя излучение электронов из возбужденных молекул фуллерена под действием определенных типов лазерного света, и проверив свои прогнозы, обнаружили, что они правильны.

В зависимости от импульса света, электрон может либо оставаться на своем курсе по умолчанию, либо быть перенаправленным предсказуемым способом. Итак, это чуть-чуть похоже на точки переключения на железнодорожном пути или электронный транзистор, только гораздо быстрее. Ученые считают, что мы смогут добиться скорости переключения в 1 миллион раз быстрее, чем классический транзистор. И это может привести к настоящей производительности в вычислениях. Но не менее важно то, что если мы сможем настроить лазер, чтобы побудить молекулу фуллерена переключаться несколькими способами одновременно, это может походить на наличие нескольких микроскопических транзисторов в одной молекуле.

Молекула фуллерена, лежащая в основе переключателя, связана с возможно немного более известной углеродистой нанотрубкой, хотя вместо трубки фуллерен является сферой атомов углерода. При размещении на металлической точке - по сути, на конце шпильки - фуллерены ориентируются определенным образом, чтобы предсказуемо направлять электроны. Быстрые лазерные импульсы в масштабе фемтосекунд, квадриллионных частиц секунды или даже аттосекунд, квинтиллионных частиц секунды, фокусируются на молекулах фуллеренов, чтобы вызвать излучение электронов. Это первый раз, когда лазерный свет использовался для контроля излучения электронов с молекулы таким образом.

В принципе, поскольку несколько сверхбыстрых электронных переключателей можно объединить в одну молекулу, потребуется лишь небольшая сеть фуллереновых переключателей, чтобы выполнять вычислительные задачи гораздо быстрее, чем обычные микросхемы. Но есть несколько препятствий, которые нужно преодолеть, например, как миниатюризировать лазерный компонент, который будет необходим для создания этого нового вида интегральной схемы. Итак, может пройти много лет, прежде чем мы увидим смартфон на основе коммутатора фуллерена.

<< Назад: Био-цемент 18.03.2023

>> Вперед: Съедобный дрон 17.03.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Жидкость с пьезоэлектрическим эффектом 11.04.2023 Американские ученые открыли жидкость, превращающую механическую силу в электрический заряд. Исследователи из Университета штата Мичиган описали первую известную жидкость, действующую как пьезоэлектрический материал. Она преобразует давление в электричество и напротив. Считалось, что такими свойствами обладают только жесткие тела. Открытие может создать новое направление в оптике и гидравлике. Физики нашли необыкновенные характеристики, работая с ионными жидкостями. Это соли, сохраняющие жидкое состояние при необычно низких температурах (нижней температуре кипения воды). Материал, состоящий только из положительно и отрицательно заряженных ионов, представляет собой вязкую структуру, напоминающую машинное масло или кленовый сироп. Исследование показало, что когда ионные жидкости помещали в цилиндр и сжимали поршнем, они генерировали электричество, пропорциональное приложенной силе. Ученые также обнаружили обратный эффект: оптические свойства ионных жидкостей изменялись под действием электрического тока. К примеру, когда исследователи поместили эти жидкости в контейнер в форме линзы, они обнаружили, что электрический заряд может изменить фокусное расстояние. Пьезоэлектричество известно ученым с XIX века, но все традиционные исследования изучали только жесткие тела. Они выделяют электричество под давлением, а под действием электричества могут изменять форму. Физики пока не понимают, как возникает пьезоэлектрический эффект в ионных жидкостях. Они продолжат исследование, чтобы раскрыть природу этого явления. Независимо от результата, исследователи считают, что новые свойства ионных жидкостей можно использовать для создания новых прикладных направлений: оптических и гидравлических устройств, управляемых с помощью электричества. Кроме того, безвредные жидкости могут заменить токсичные классические пьезоэлектрики из свинца.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026