Znajdź zawartość

Naukowcom po raz pierwszy udało się zaprezentować przełącznik wykonany z pojedynczej molekuły fullerenu. Dzięki precyzyjnie dostrojonemu laserowi międzynarodowy zespół uczonych był w stanie wykorzystać molekułę fullerenu do zmiany drogi elektronu w przewidywalny sposób. Przełącznik, w zależności od impulsów lasera, działał od 3 do 6 rzędów wielkości szybciej niż przełączniki wykorzystywane obecnie w układach scalonych. Dzięki fullerenom mogą zatem powstać komputery znacznie szybsze niż to, co można osiągnąć za pomocą współczesnej elektroniki. Można je będzie wykorzystać też do obrazowania medycznego o niedostępnej obecnie rozdzielczości. Wiele dziesięcioleci temu fizycy odkryli, że w obecności pól elektrycznych oraz światła molekuły emitują elektrony. Współautor najnowszych badań, Hirofumi Yanagisawa w Uniwersytetu Tokijskiego wraz z zespołem, najpierw stworzył hipotezę dotyczącej emisji elektronów przez wzbudzone fullereny w zależności od rodzaju wzbudzającego je impulsu laserowego. Następnie międzynarodowa grupa naukowa dowiodła jej słuszności. Za pomocą krótkiego impulsu czerwonego lasera uzyskaliśmy kontrolę nad sposobem kierowania przez molekułę nadchodzącego elektronu. W zależności od impulsu, elektron może pozostać na swoim kursie, lub też zmienić trasę w przewidywalny sposób. [...] Sądzimy, że możemy osiągnąć tutaj milion razy krótszy czas przełączania niż za pomocą klasycznego tranzystora. To zaś może przełożyć się na zwiększenie wydajności komputerów. Jednak równie ważne byłoby dostrojenia lasera tak, by molekuła fullerenu mogła działać jednocześnie jak wiele przełączników. Uzyskalibyśmy w ten sposób odpowiednik wielu tranzystorów w pojedynczej molekule. To zwiększyłoby złożoność systemu bez zwiększania jego fizycznych rozmiarów, wyjaśnia Yanagisawa. Fullereny to cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. O ich potencjalnym zastosowaniu w informatyce pisaliśmy już przed 15 laty. Jak się okazuje, możliwe jest precyzyjne manipulowanie orientacją fullerenów za pomocą precyzyjnych ultrakrótkich impulsów laserowych, decydując w ten sposób, jak dojdzie do emisji elektronu. To technika podobna do tego, jak w mikroskopii fotoelektronów (PEEM) uzyskuje się obrazy. Jednak rozdzielczość PEEM sięga maksymalnie około 10 nanometrów, czyli 10 miliardowych części metra. Fullerenowy przełącznik pozwoliłby na osiągnięcie rozdzielczości około 300 pikometrów, czyli 300 bilionowych części metra, dodaje Yanagisawa. Autorzy badań dodają, że jeśli udałoby się spowodować, by pojedyncza molekuła fullerenu działała jak wiele przełączników jednocześnie, to niewielka sieć takich molekuł przeprowadzałaby obliczenia znacznie szybciej niż dzisiejsze procesory. Jednak do pokonania jest wiele przeszkód, jak np. odpowiednie zminiaturyzowanie laserów. Tak czy inaczej mogą minąć lata, zanim fullerenowe przełączniki trafią do układów scalonych. « powrót do artykułu

Świeżo upieczony magister Stony Brook University Qiang Zhu wraz z profesorem Artemem R. Oganovem i doktorem Andriejem O. Lyakhovem oraz naukowcami z hiszpańskiego Universidad de Oviedo przewidzieli teoretycznie istnienie trzech nowych form węgla. Węgiel to wyjątkowy pierwiastek. Dość wspomnieć że występuje on w tak różnych formach jak bardzo miękki grafit i niezwykle twardy diament. Tworzy też karbeny, fullereny czy dwuwymiarowy grafen. Wszystkie one mają bardzo interesujące właściwości, które już teraz wykorzystywane są na najróżniejsze sposoby. Spośród materiałów występujących na Ziemi najgęstsze upakowanie atomów występuje w jednej z odmian węgla - diamencie. Teraz wspomniani naukowcy przewidują, że można stworzyć trzy nowe struktury węgla, które będą o ponad 3% gęstsze od diamentu. Większa gęstość oznacza, że elektrony w takim materiale będą miały wyższą energię kinetyczną, a zatem będą poruszały się szybciej. Wyliczenia przeprowadzone przez uczonych pokazały, że nowe formy byłyby niemal tak twarde jak diament i charakteryzowałyby się przerwą energetyczną rzędu od 3 do 7,3 eV. Ta druga wartość to największa przerwa ze wszystkich znanych form węgla. Tak duży zakres przerw w przewidywanych materiałach oznacza, że będzie można dobierać ich właściwości elektroniczne. Wśród innych interesujących właściwości należy wymienić niezwykle małą ściśliwość, mniejszą nawet niż ma diament. Od diamentu różnią się też większym indeksem refrakcyjnym i silniejszym rozpraszaniem światła. Jeśli uda się zsyntetyzować przewidziane przez nas formy węgla, to odegrają one ważną rolę w technologii - stwierdził profesor Oganov.

Profesor Harry Dorn z Virginia Tech to światowej sławy specjalista zajmujący się badaniami nad fullerenami. Właśnie odkrył nową dziedzinę chemii tych związków, dzięki której być może zostaną użyte do obliczeń kwantowych i znajdą zastosowanie jako półprzewodniki. Już w 1999 roku Dorn pokazał, w jaki sposób do składającej się z 80 atomów węgla fullerenowej "klatki" można wprowadzić atomy i jak zmieniać ich liczbę. Badania Dorna przyczyniły się do powstania doskonalszych materiałów do rezonansu magnetycznego i medycyny nuklearnej. Ostatnimi czasy Dorn próbował umieścić w fullerenie atomy gadolinu. W tym celu najpierw do fullerenu składającego się z 80 atomów węgla wprowadził dwa jony itru. Później jeden z atomów węgla "klatki" zastąpił atomem azotu. Wówczas jeden z elektronów azotu pozostał wolny. Dorn odkrył, że elektron ten, zamiast pozostać na powierzchni "klatki", przemieścił się do wnętrza, pomiędzy jony itru. Uzyskaliśmy w ten sposób bardzo niezwykłe uwięzienie elektronu pomiędzy dwoma atomami itru - mówi Dorn. Zjawisko to zostało potwierdzone obliczeniami profesora chemii Daniela Crawforda oraz badaniami krystalograficznymi przeprowadzonymi na Uniwersytecie Kalifornijskim przez profesora Alana Balcha. W ciągu ostatnich kilku dni Dorn przekonał się, że wspomniany elektron można usunąć z klatki. Możliwość manipulacji nim może być bardzo ważna dla rozwoju spintroniki czy obliczeń kwantowych. Połączenie dwóch atomów itru z jednym elektronem wykazuje unikatowe właściwości spinu, które można zmieniać. Poprzez zwiększenie polaryzacji spinu możemy zwiększyć czułość MRI oraz NMR. Dorn widzi jednak również znacznie ciekawsze zastosowanie dla swoich badań. Jeśli podmienimy jeden atom węgla nie azotem a borem, będziemy mieli o jeden elektron za mało. Uzyskamy w ten sposób materiał do stworzenia półprzewodnika - mówi profesor.