단일 분자로 만든 스위치

[아름이]

단일 분자로 만든 스위치
특수 탄소 분자는 한 번에 여러 개의 고속 스위치로 기능할 수 있습니다.
날짜:
2023년 2월 21일
원천:
도쿄대학
요약:
연구원들은 풀러렌이라는 단일 분자로 만들어진 트랜지스터와 유사한 스위치를 시연했습니다. 신중하게 조정된 레이저 펄스를 사용함으로써 연구원들은 풀러렌을 사용하여 예측 가능한 방식으로 들어오는 전자의 경로를 전환할 수 있습니다. 이 스위칭 프로세스는 사용되는 레이저 펄스에 따라 마이크로칩의 스위치보다 3배에서 6배 더 빠를 수 있습니다. 네트워크의 풀러린 스위치는 전자 트랜지스터로 가능한 것 이상으로 컴퓨터를 생산할 수 있으며 현미경 이미징 장치에서 전례 없는 수준의 해상도로 이어질 수도 있습니다.

전체 이야기
처음으로 도쿄 대학의 고체 물리학 연구소를 포함한 국제 연구팀이 풀러렌이라는 단일 분자로 만들어진 트랜지스터와 유사한 스위치를 시연했습니다. 신중하게 조정된 레이저 펄스를 사용함으로써 연구원들은 풀러렌을 사용하여 예측 가능한 방식으로 들어오는 전자의 경로를 전환할 수 있습니다. 이 스위칭 프로세스는 사용되는 레이저 펄스에 따라 마이크로칩의 스위치보다 3배에서 6배 더 빠를 수 있습니다. 네트워크의 풀러린 스위치는 전자 트랜지스터로 가능한 것 이상으로 컴퓨터를 생산할 수 있으며 현미경 이미징 장치에서 전례 없는 수준의 해상도로 이어질 수도 있습니다.

70여 년 전에 물리학자들은 분자가 전기장과 나중에는 특정 파장의 빛에서 전자를 방출한다는 사실을 발견했습니다. 전자 방출은 호기심을 유발하지만 설명을 피하는 패턴을 생성했습니다. 그러나 이것은 새로운 이론적 분석 덕분에 바뀌었고, 그 결과 새로운 하이테크 응용 프로그램으로 이어질 수 있을 뿐만 아니라 물리적 세계 자체를 면밀히 조사하는 능력을 향상시킬 수 있습니다. 프로젝트 연구원인 야나기사와 히로후미(Hirofumi Yanagisawa)와 그의 팀은 특정 종류의 레이저 광에 노출되었을 때 여기된 풀러렌 분자의 전자 방출이 어떻게 행동해야 하는지를 이론화했고, 그들의 예측을 테스트했을 때 그들이 옳았다는 것을 발견했습니다.

Yanagisawa는 "여기서 우리가 할 수 있었던 것은 매우 짧은 펄스의 적색 레이저 광을 사용하여 분자가 들어오는 전자의 경로를 지시하는 방식을 제어하는 ​​것"이라고 말했습니다. "빛의 펄스에 따라 전자는 기본 경로를 유지하거나 예측 가능한 방식으로 방향을 바꿀 수 있습니다. 따라서 기차 선로의 전환점이나 전자 트랜지스터와 약간 비슷하지만 훨씬 빠릅니다. 우리는 생각합니다. 우리는 기존 트랜지스터보다 100만 배 빠른 스위칭 속도를 달성할 수 있습니다. 그리고 이것은 컴퓨팅에서 실제 성능으로 변환될 수 있습니다. 하지만 마찬가지로 중요한 것은 풀러렌 분자가 동시에 여러 방식으로 스위칭하도록 레이저를 조정할 수 있다는 것입니다. 시간이 지나면 단일 분자에 여러 개의 미세한 트랜지스터가 있는 것과 같을 수 있습니다.

스위치 아래에 있는 풀러렌 분자는 아마도 약간 더 유명한 탄소 나노튜브와 관련이 있지만 튜브 대신에 풀러렌은 탄소 원자의 구체입니다. 본질적으로 핀의 끝 부분인 금속 지점에 놓이면 풀러렌은 특정 방향으로 향하여 전자를 예상대로 향하게 합니다. 1000분의 1초인 펨토초 또는 아토초, 1000분의 1초 규모의 빠른 레이저 펄스가 풀러렌 분자에 집중되어 전자 방출을 유발합니다. 이러한 방식으로 분자에서 전자 방출을 제어하기 위해 레이저 광이 사용된 것은 이번이 처음입니다.

"이 기술은 광전자 방출 현미경이 이미지를 생성하는 방식과 유사합니다."라고 Yanagisawa는 말했습니다. "그러나 그것들은 기껏해야 약 10나노미터 또는 100억분의 1미터의 해상도를 달성할 수 있습니다. 우리의 풀러린 스위치는 이를 향상시키고 약 300피코미터 또는 300조분의 1미터의 해상도를 허용합니다."

원칙적으로 여러 개의 초고속 전자 스위치가 단일 분자로 결합될 수 있으므로 기존 마이크로칩보다 잠재적으로 훨씬 빠르게 계산 작업을 수행하기 위해 풀러렌 스위치의 작은 네트워크만 필요합니다. 그러나 이러한 새로운 종류의 집적 회로를 만드는 데 필수적인 레이저 구성 요소를 소형화하는 방법과 같이 극복해야 할 몇 가지 장애물이 있습니다. 따라서 풀러렌 스위치 기반 스마트폰을 보려면 아직 몇 년이 더 걸릴 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/