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Effiziente Molekulardioden

06.07.2017

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus den Vereinigten Staaten, Irland und Singapur unter der Leitung von Professor Christian A. Nijhuis von der National University of Singapore ist es erstmals gelungen, effiziente molekulare Gleichrichterdioden herzustellen.

Dioden sind elektronische Bauelemente, die abhängig von der Richtung, in der sie von Strom durchflossen werden, eine unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen. Gleichrichterdioden wandeln Wechselstrom in Gleichstrom um; Ihr Hauptmerkmal ist der Gleichrichtungsfaktor K, gleich dem Verhältnis der Werte der Wechselspannung am Eingang und der gleichgerichteten Spannung am Ausgang.

Für moderne industrielle Silizium-Gleichrichterdioden variieren die K-Werte von 105 bis 108. Für Molekulardioden – Elemente im molekularen Maßstab, die theoretisch zur Herstellung elektronischer Superminiaturgeräte verwendet werden könnten – war diese Zahl jedoch bisher bestenfalls 103. was eindeutig nicht reicht.

Nun ist es Nijuys und seinen Kollegen gelungen, eine molekulare Diode mit einem Gleichrichtungsfaktor von 6.3x105 herzustellen. Dies sind Tunnelübergänge im Makromaßstab, die auf einer einzelnen Schicht molekularer Dioden basieren. Die Anzahl der stromführenden Moleküle in diesen Übergängen variiert mit der Vorspannungspolarität, wodurch der interne Gleichrichtungsfaktor eines einzelnen Moleküls um drei Größenordnungen multipliziert wird.

„Dies übersteigt die theoretische Grenze", kommentierte Professor Enrique del Barco von der University of Central Florida, einer der Co-Autoren der Veröffentlichung. „Jetzt haben wir eine molekulare Diode, deren Leistung mit Silizium vergleichbar ist. Was ein theoretisches wissenschaftliches Modell war, bewegt sich nun hinein die Ebene der kommerziellen Möglichkeiten.

Molekulare Dioden werden jedoch vorerst offenbar nicht vollständig elektronische ersetzen - aber sie können sie möglicherweise in einigen Bereichen ersetzen. Einer ihrer Vorteile sind niedrige Kosten und einfache Herstellung, da molekulare Dioden direkt im Labor synthetisiert werden können.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

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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

In einem Traum sieht das Gehirn etwas Neues 24.08.2015

Unser Schlaf ist in langsame und schnelle Phasen unterteilt, und schnell wird auch als REM-Schlaf bezeichnet, wobei REM - schnelle Augenbewegung, schnelle Augenbewegungen. Normalerweise sagt man, dass wir in diesem Moment träumen, und die Augen bewegen sich mit den Bildern, die durch das schlafende Gehirn rauschen. Allerdings gab es dafür keine direkten Beweise – bis heute.

Neurobiologen der Universität Tel Aviv, der University of California in Los Angeles und der University of Wisconsin Madison beteiligten sich an 19 Patienten mit Epilepsie, die kurz vor einer Operation standen. Vor der Entfernung des anfallsverursachenden Teils des Nervengewebes wurden dem Patienten Elektroden injiziert, die anzeigen sollten, wo, von welchen Neuronen der epileptische Anfall ausgeht. Meist wird in solchen Fällen parallel zum medizinischen Eingriff Grundlagenforschung betrieben, denn dies ist eine einmalige Gelegenheit, in das lebende menschliche Gehirn zu blicken.

Itzhak Fried und Kollegen verfolgten die Aktivität einzelner Nervenzellen im mittleren Schläfenkortex, wo der Übergang zwischen visueller Wahrnehmung und Gedächtnis stattfindet. Die lokalen Neuronen reagieren sowohl auf ein neues Bild als auch auf bereits Bekanntes (z. B. Fotos von Freunden oder besuchten Orten), und im zweiten Fall ist es nicht einmal nötig, das Foto nur aus der Nähe zu betrachten Ihre Augen und sehen Sie etwas Vertrautes, das im Gedächtnis gespeichert ist, "das Auge des Geistes". Die Art der neuronalen Aktivität ist in beiden Fällen unterschiedlich. Die Arbeit der Nervenzellen wurde aufgezeichnet, wenn eine Person schlief, wenn sie aufwachte und in einem dunklen Raum lag (und nichts sah) und wenn sie eine Art Video ansah und mit Menschen kommunizierte. In einem separaten Test wurde ein Freiwilliger gebeten, seine Augen auf etwas zu fixieren, um zu verstehen, wie sich Neuronen verhalten, wenn ihre Augen fixiert sind.

Und es stellte sich heraus, dass Neuronen während des REM-Schlafs so arbeiten, als ob das Gehirn etwas Neues sehen würde - als ob wir wach an einen Ort gingen, der uns völlig unbekannt ist. Im Schlaf feuerten Nervenzellen genau nach der nächsten Augenbewegung, so dass mit gutem Grund argumentiert werden kann, dass die Arbeit der Augen und die Arbeit der Neuronen wirklich miteinander verbunden sind. Die Ergebnisse der Experimente sind in einem Artikel in Nature Communications beschrieben.

Diese Daten widersprechen gewissermaßen der Sichtweise, nach der im schlafenden Gehirn unbewusst mit Bildern gearbeitet wird, die uns im Wachzustand eingefallen sind. Um es noch einmal zu wiederholen: Neuronen funktionieren genauso wie in der Realität und „sehen“ nicht etwas Vertrautes, das aus der Erinnerung kommen könnte, sondern etwas Neues. Aber hier gibt es zu viele Unklarheiten und Fallstricke, um globale Schlussfolgerungen zu ziehen.

Erstens, was bedeutet "neu" und "alt"? Vielleicht ergibt eine Kombination aus alten Bildern eine neue visuelle Sensation? Wenn die Zellen wirklich auf etwas Neues reagieren, woher kommt es dann, mit geschlossenen Augen? Und schließlich und am wichtigsten: Obwohl wir glauben, dass schnelle Augenbewegungen in einem Traum auf einen Traum hindeuten, gibt es dafür keinen eindeutigen Beweis. Das heißt, wir wissen nicht, warum sich die Augen bewegen, ob dies eine Reaktion auf Träume ist.

Manchen Annahmen zufolge beziehen sich Träume im Allgemeinen auf den Moment, in dem wir gerade einschlafen oder aufwachen, und stellen Signale dar, die das halb schlafende Gehirn von außen erreichen. Es bleibt zu hoffen, dass uns weitere Forschung helfen wird zu verstehen, was mit dem Bewusstsein beim Übergang vom Wachzustand zum Schlaf und umgekehrt passiert.

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