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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Разбрасыватель минудобрений Rauch Axis 55 15.07.2026

Немецкая компания Rauch, известная своими высокоточными сельскохозяйственными машинами, представила на выставке DLG Feldtage новый флагманский разбрасыватель минеральных удобрений Axis 55. Эта модель пришла на смену предыдущей версии Axis 50.2 и стала самой крупной в актуальной линейке производителя после выхода более компактной Axis 25 в прошлом году. Новая машина сочетает в себе повышенную производительность, расширенный диапазон рабочих ширин и усовершенствованные системы контроля внесения. Одной из главных технических особенностей Axis 55 стала значительно увеличенная максимальная производительность внесения - до 675 кг удобрений в минуту. Это на 30 % больше по сравнению с предшественником. Благодаря такому показателю разбрасыватель способен обеспечивать норму внесения до 900 кг/га при рабочей ширине 36 метров и скорости движения машины 25 км/ч. При этом устройство сохраняет возможность работы с очень низкими нормами внесения, например, при распределении гранул против улиток, бе ...>>

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Случайная новость из Архива Метан пивного фестиваля 26.12.2019 Вклады человечества в формирование теплого одеяла нашей планеты из парниковых газов пусть и незначительны, но многочисленны. И метан, который по своей зловредности, то есть теплоудерживающей способности, дает двадцатикратную фору углекислому газу, входит в число важнейших. Значит, борьба с выбросами метана - серьезная задача для защитников климата. А чтобы серьезно бороться, надо хорошо изучить противника. Казалось бы, отметил для себя, что коровы дают за сотню миллионов тонн метана в год, стал вегетарианцем и успокоился в надежде, что внес посильный вклад в непримиримую борьбу за холод. Но даже в этом случае расслабляться нельзя, ведь враг многолик и может притаиться в неожиданном месте. Возьмем народные гуляния. Казалось бы, где там эмиссия метана? Но вот Чэнь Цзя и Флориан Дитрих из Технического университета Мюнхена при помощи голландских коллег и умных приборов подобрались к знаменитому мюнхенскому празднику пива - Октоберфесту. По их данным, за 16 дней на центральной площади Мюнхена к источникам пенного напитка в 2018 году припадало 6 миллионов человек. Они выпили 8 млн литров пива, потратили 100 млн литров воды на смывание нечистот, 2,9 млн кВт электричества и 201 тыс. литров природного газа, из которых 79% пошло на приготовление пищи, а остальное - на обогрев посетителей и продавцов. До начала праздника эмиссия метана была почти равна нулю, а во время - выросла до 6,7 мкг в секунду с квадратного метра площади. В выходные скорость эмиссии возрастала вдвое, как и число посетителей. Казалось бы, это прямо указывает: источник метана - это люди, выделяющие его подобно жвачным животным. Ан нет. Хотя метан и можно заметить в выдохе половины людей, его количество невелико: посетители Октоберфеста могли надышать лишь 0,13 мкг газа в секунду с квадратного метра площади. Канализация, хоть в нее и ушло 100 млн литров воды и 8 млн литров выпитого пива, метана в период праздника дала ничтожно мало - переработка отходов бактериями требует гораздо большего времени, чем 16 дней. Остается истраченный природный газ, который в пересчете на метан составил 134 тонн. Чтобы обеспечить расчетную эмиссию, в атмосферу должно было улететь за 16 дней 1,47 тонн, то есть 1,1% - вполне нормальная оценка для утечек газа. Отсюда следует вывод: не пиво на празднике способствует глобальному потеплению, а газ. Отказ от него, скажем, переход на спиртовки или бензиновые примусы, существенно улучшит положение. Правда, к авторам работы остался вопрос. Обычно для переносных горелок, а именно их применяют в передвижных павильонах, используют баллонный газ. И это вовсе не метан, а смесь пропана с бутаном. Если на Октоберфесте применяли именно такой газ, то поиск источника праздничного метана придется продолжить.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026