Une molécule de carbone spéciale peut fonctionner comme plusieurs commutateurs à grande vitesse à la fois


Pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs, dont ceux de l’Institut de physique du solide de l’Université de Tokyo, a fait la démonstration d’un interrupteur, analogue à un transistor, constitué d’une seule molécule appelée fullerène. En utilisant une impulsion laser soigneusement réglée, les chercheurs sont capables d’utiliser le fullerène pour changer le chemin d’un électron entrant de manière prévisible. Ce processus de commutation peut être de trois à 6 ordres de grandeur furthermore rapide que les commutateurs dans les micropuces, selon les impulsions laser utilisées. Les commutateurs fullerènes dans un réseau pourraient produire un ordinateur au-delà de ce qui est achievable avec des transistors électroniques, et ils pourraient également conduire à des niveaux de résolution sans précédent dans les dispositifs d’imagerie microscopique.

Il y a as well as de 70 ans, les physiciens ont découvert que les molécules émettent des électrons en présence de champs électriques, et as well as tard, de certaines longueurs d’onde de la lumière. Les émissions d’électrons ont créé des motifs qui ont attiré la curiosité mais qui ont échappé à toute explication. Mais cela a changé grâce à une nouvelle analyse théorique, dont la ramification pourrait non seulement conduire à de nouvelles programs de haute technologie, mais aussi améliorer notre capacité à scruter le monde physique lui-même. Le chercheur du projet Hirofumi Yanagisawa et son équipe ont théorisé comment l’émission d’électrons à partir de molécules excitées de fullerène devrait se comporter lorsqu’elles sont exposées à des forms spécifiques de lumière laser, et lors du test de leurs prédictions, elles ont trouvé qu’elles étaient correctes.

“Ce que nous avons réussi à faire ici, c’est contrôler la façon dont une molécule dirige le chemin d’un électron entrant en utilisant une très courte impulsion de lumière laser rouge”, a déclaré Yanagisawa. “En fonction de l’impulsion lumineuse, l’électron peut soit rester sur sa trajectoire par défaut, soit être redirigé de manière prévisible. Donc, c’est un peu comme les factors de commutation sur une voie ferrée, ou un transistor électronique, mais beaucoup as well as rapidement. Nous pensons nous pouvons atteindre une vitesse de commutation 1 million de fois additionally rapide qu’un transistor classique. Et cela pourrait se traduire par des performances informatiques réelles. Mais il est tout aussi important que si nous pouvons régler le laser pour amadouer la molécule de fullerène pour qu’elle commute de plusieurs manières en même temps fois, cela pourrait être comme avoir plusieurs transistors microscopiques dans une seule molécule. Cela pourrait augmenter la complexité d’un système sans augmenter sa taille physique.

La molécule de fullerène sous-jacente à l’interrupteur est liée au nanotube de carbone peut-être un peu moreover célèbre, bien qu’au lieu d’un tube, le fullerène soit une sphère d’atomes de carbone. Lorsqu’ils sont placés sur une pointe métallique – essentiellement l’extrémité d’une épingle – les fullerènes s’orientent d’une certaine manière afin de diriger les électrons de manière prévisible. Des impulsions laser rapides à l’échelle des femtosecondes, des quadrillionièmes de seconde, voire des attosecondes, des quintillionièmes de seconde, sont focalisées sur les molécules de fullerène pour déclencher l’émission d’électrons. C’est la première fois que la lumière laser est utilisée pour contrôler l’émission d’électrons d’une molécule de cette manière.

“Cette approach est similaire à la façon dont un microscope à émission de photoélectrons produit des illustrations or photos”, a déclaré Yanagisawa. “Cependant, ceux-ci peuvent atteindre au mieux des résolutions d’environ 10 nanomètres, ou dix milliardièmes de mètre. Notre commutateur fullerène améliore cela et permet des résolutions d’environ 300 picomètres, ou trois cent billionièmes de mètre.”

En principe, comme plusieurs commutateurs d’électrons ultrarapides peuvent être combinés en une seule molécule, il suffirait d’un petit réseau de commutateurs de fullerène pour effectuer des tâches de calcul potentiellement beaucoup plus rapides que les micropuces conventionnelles. Mais il y a plusieurs hurdles à surmonter, comme la façon de miniaturiser le composant laser, ce qui serait essentiel pour créer ce nouveau kind de circuit intégré. Ainsi, il faudra peut-être encore de nombreuses années avant de voir un smartphone basé sur un commutateur fullerène.