Molekularer Schalter

18.03.2023

Ein internationales Forscherteam, darunter das Institut für Festkörperphysik der Universität Tokio, hat eine bahnbrechende Entdeckung gemacht. Sie demonstrierten erfolgreich die Verwendung eines einzelnen Moleküls namens Fulleren als transistorähnlicher Schalter. Das Team erreichte dies, indem es einen fein kalibrierten Laserpuls anwendete, der es ihnen ermöglichte, den Weg des Eingangselektrons vorhersagbar zu steuern.

Der von Fullerenmolekülen bereitgestellte Schaltprozess kann erheblich schneller sein als Schalter, die in Mikrochips verwendet werden, mit Geschwindigkeitssteigerungen von drei bis sechs Größenordnungen, abhängig von den verwendeten Laserpulsen. Die Verwendung von Fullerenschaltern in einem Netzwerk könnte zu einem Computer mit Fähigkeiten führen, die über das hinausgehen, was mit elektronischen Transistoren verfügbar ist. Darüber hinaus haben sie das Potenzial, mikroskopische Bildgebungsgeräte zu revolutionieren und beispiellose Auflösungen zu liefern.

Vor mehr als 70 Jahren entdeckten Physiker, dass Moleküle in Gegenwart elektrischer Felder und dann bestimmter Lichtwellenlängen Elektronen aussenden. Die Emission von Elektronen erzeugte Muster, die Neugier weckten, sich aber einer Erklärung entzogen. Aber das hat sich dank neuer theoretischer Analysen geändert, deren Verzweigung nicht nur zu neuen Hightech-Anwendungen führen, sondern auch unsere Fähigkeit verbessern könnte, die physische Welt selbst zu untersuchen.

Eine einfache Analogie dazu, wie ein Fullerenschalter wie ein Zugschalter funktioniert. Ein Lichtimpuls kann den Weg eines Eingangselektrons verändern, hier dargestellt durch eine Schaltung.

Der Projektforscher Hirofumi Yanagisawa und sein Team stellten die Theorie auf, wie sich die Emission von Elektronen aus angeregten Fullerenmolekülen verhalten sollte, wenn sie bestimmten Arten von Laserlicht ausgesetzt werden, und nachdem sie ihre Vorhersagen getestet hatten, stellten sie fest, dass sie richtig waren.

Je nach Impuls des Lichts kann das Elektron entweder auf seinem vorgegebenen Kurs bleiben oder auf vorhersehbare Weise umgelenkt werden. Es ist also ein bisschen wie das Schalten von Weichen auf einem Eisenbahngleis oder einem elektronischen Transistor, nur viel schneller. Wissenschaftler glauben, dass wir Schaltgeschwindigkeiten erreichen können, die 1 Million Mal schneller sind als bei einem klassischen Transistor. Und das kann zu echter Rechenleistung führen. Aber ebenso wichtig: Wenn wir den Laser so einstellen können, dass das Fullerenmolekül gleichzeitig auf mehrere Arten schaltet, könnte es so sein, als hätten wir mehrere mikroskopisch kleine Transistoren in einem einzigen Molekül.

Das Fullerenmolekül im Herzen des Schalters ist mit der vielleicht etwas bekannteren Kohlenstoffnanoröhre verwandt, obwohl das Fulleren keine Röhre, sondern eine Kugel aus Kohlenstoffatomen ist. Wenn sie auf einem Metallpunkt platziert werden – im Wesentlichen das Ende einer Haarnadel – orientieren sich die Fullerene auf eine bestimmte Weise, um die Elektronen auf vorhersagbare Weise zu führen. Schnelle Laserpulse im Bereich von Femtosekunden, Billiardstel Sekunden oder sogar Attosekunden, Quintillionstel Sekunden, werden auf Fullerenmoleküle fokussiert, um die Emission von Elektronen zu bewirken. Dies ist das erste Mal, dass Laserlicht verwendet wurde, um die Emission von Elektronen aus einem Molekül auf diese Weise zu steuern.

Da mehrere ultraschnelle elektronische Schalter zu einem einzigen Molekül kombiniert werden können, wäre im Prinzip nur ein kleines Netzwerk von Fullerenschaltern erforderlich, um Rechenaufgaben viel schneller als herkömmliche Chips auszuführen. Aber es gibt noch ein paar Hürden zu überwinden, wie zum Beispiel die Miniaturisierung der Laserkomponente, die benötigt wird, um diese neue Art von integrierten Schaltkreisen herzustellen. Es könnte also noch viele Jahre dauern, bis wir ein Smartphone sehen, das auf einem Fulleren-Schalter basiert.

<< Zurück: Biozement 18.03.2023

>> Weiter: essbare Drohne 17.03.2023

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

Die Quantenmechanik überrascht uns immer wieder mit ihren mysteriösen Phänomenen und unerwarteten Entdeckungen. Kürzlich stellten Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing und Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam eine neue Entdeckung vor, die sich mit der Quantenverschränkung und ihrem Zusammenhang mit der Entropie befasst. Quantenverschränkung spielt eine wichtige Rolle in der modernen Quanteninformationswissenschaft und -technologie. Aufgrund der Komplexität seiner Struktur ist es jedoch schwierig, es zu verstehen und zu verwalten. Die Entdeckung von Regulus und Lamy zeigt, dass die Quantenverschränkung einer Entropieregel folgt, die der für klassische Systeme ähnelt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quanteninformationswissenschaft und -technologie und vertieft unser Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer Verbindung zur Thermodynamik. Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit der Reversibilität von Verschränkungstransformationen hin, was ihre Verwendung in verschiedenen Quantentechnologien erheblich vereinfachen könnte. Eine neue Regel öffnen ... >>

Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv 1-Nanometer-Transistoren 28.11.2014 Forschern der Universität Glasgow im Vereinigten Königreich und der Universität Rovira und Virgilli in Spanien ist es gelungen, einzelne Moleküle in Transistoren umzuwandeln, um Informationen zu speichern. Heutzutage wird Flash-Speicher in fast jedem mobilen Gerät verwendet. Die Hersteller sind bestrebt, die steigenden Anforderungen der Benutzer an ihr Volumen zu erfüllen. Aber bald werden sie mit einer Begrenzung der Größe von Transistoren konfrontiert sein, die nicht kleiner als 10 nm sein darf. Die Essenz der neuen Methode besteht darin, eine Zelle aus Wolframoxid-Molekülen mit einer Seitenlänge von etwa 1 nm herzustellen. Innerhalb dieser Struktur befinden sich zwei Moleküle Selentrioxid, die im Normalzustand zusätzliche Elektronen tragen und somit negativ geladen sind. Durch Anlegen einer Spannung mit unterschiedlicher Polarität konnten die Forscher die Ladung der Struktur, also ihren binären Zustand, verändern. Der gegebene Zustand der Struktur unter Laborbedingungen wurde für mindestens 336 Stunden (also 14 Tage) aufrechterhalten, was es den Forschern ermöglichte, von der neuen Erinnerung als nicht flüchtig zu sprechen. „Die Verwendung einzelner Moleküle wird es uns ermöglichen, den Prozess weiter zu verkleinern und theoretisch sogar das Mooresche Gesetz zu überwinden, indem wir lernen, mehrere Datenbits in einem einzigen Molekül zu speichern“, sagte Projektleiter Lee Cronin, Professor an der Universität Glasgow. sagte Wired. Moores Gesetz wurde von Intel-Mitbegründer Gordon Moore geprägt. Sie besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Vor kurzem haben Wissenschaftler jedoch begonnen zu sagen, dass dieses Gesetz aufhört zu funktionieren, wenn die Grenzgröße von Transistoren erreicht ist. Verschiedene Forschungsgruppen auf der ganzen Welt suchen nach Wegen, um das Gesetz weiterzuentwickeln. Unterdessen bleiben einige Aufgaben vor den Schöpfern des molekularen Gedächtnisses noch ungelöst. Dies betrifft insbesondere die Geschwindigkeit dieses Speichertyps. Beispielsweise dauert es etwa 0,1 s, um den Strukturzustand zu bilden, und 0,01 s, um den Strukturzustand zu lesen. Beide Indikatoren sind zu hoch, um von einer effektiven kommerziellen Anwendung zu sprechen.

Voll sehen Archiv für Wissenschafts- und Technologienachrichten, neue Elektronik

Alle Sprachen dieser Seite

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen

www.diagramm.com.ua
2000-2024