Elektronien hallintaa molekyyleissä

12.03.2025

Yokohama-Elektronien-hallinta-molekyyleissa-300-t.jpgYokohama National Universityn tutkijat ovat yhteistyössä RIKENin ja muiden Japanin ja Korean instituutioiden kanssa tehneet tärkeän löydön siitä, kuinka elektronit liikkuvat ja käyttäytyvät molekyyleissä.

Tutkimusjulkaistu tuo esiin uuden tavan hallita elektronien jakautumista molekyyleissä käyttämällä erittäin nopeita vaiheohjattuja terahertsialueen valopulsseja.

Se miten elektronit ovat järjestyneet molekyyliin, on avain molekyylin käyttäytymiseen. Esimerkiksi eksitonit ovat avain aurinkokennoissa, joissa eksitonit auttavat muuttamaan auringonvaloa sähköksi, ja ledeissä, joissa ne vapauttavat energiaa valona.

On kuitenkin muita tärkeitä tiloja, joissa molekyylejä voi esiintyä, kuten varautuneet tilat ja varautuneet viritystilat. Varautuneita tiloja esiintyy, kun molekyyli saa tai menettää elektronin, kun taas varautuneisiin viritystiloihin liittyy sekä varauksen muutos että elektroni korkeammalla energiatasolla.

Nämä ovat tärkeitä monille prosesseille, mutta näitä tiloja on ollut erittäin vaikea hallita perinteisellä teknologialla. Normaalisti näkyvästä spektristä tuleva valo ei anna tarpeeksi energiaa muuttamaan molekyylin varausta, joten se ei voi muuttaa siinä olevien elektronien määrää.

Tämän haasteen voittamiseksi tutkijat käyttivät terahertsivalopulsseja. Nämä pulssit saavat elektronit liikkumaan molekyylin ja erikoismikroskoopin metallikärjen välillä, joka pystyy käsittelemään yksittäisiä molekyylejä, jolloin ryhmä voi joko poistaa tai lisätä elektronin molekyyliin.

Tämä uusi menetelmä tarjoaa tavan ohjata paitsi eksitoneja hallitusti, joka on sekä nopea että tarkka, myös muita tärkeitä molekyylitiloja, jotka ovat välttämättömiä kemiallisille reaktioille, energiansiirrolle ja monille muille prosesseille.

Ryhmä osoitti myös, että terahertsivalo, joka on näkymätön ihmissilmälle, voidaan muuntaa näkyväksi valoksi molekyylin sisällä, mikä paljastaa uuden tavan muuttaa yhden tyyppinen valo toiseksi molekyylien energiamuunnoksilla.

"Vaikka eksitonit muodostuvat tyypillisesti, kun materiaali absorboi valoa, löytömme paljastavat, että niitä voidaan luoda myös varautuneiden tilojen kautta käyttämällä näitä erityisesti suunniteltuja terahertsipulsseja", sanoo professori Ikufumi Katayama.

"Tämä avaa uusia mahdollisuuksia hallita, miten varaus liikkuu molekyyleissä, mikä voi johtaa parempiin aurinkokennoihin, pienempiin valopohjaisiin laitteisiin ja nopeampaan elektroniikkaan."

Ryhmän tärkein oli kyky hallita eksitonin muodostumista yksittäisen molekyylin tasolla. Professori Jun Takeda selittää: "Nämä prosessit tapahtuvat yleensä satunnaisesti, mutta terahertsipulsseilla voimme määrittää tarkalleen, milloin ja miten tämä reaktio voi tapahtua molekyylien tasolla. Tämä voi johtaa läpimurtoihin nanoteknologiassa, kehittyneissä materiaaleissa ja tehokkaampiin katalyytteihin energian ja teollisuuden parissa."

Aiheesta aiemmin:

Molekylaarisen elektronisiirron kvanttisimulaatio

Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan

02.04.2025Tapa suojata kvantti-informaatiota kohinalta
02.04.2025Erbium-ionit kvanttitoistimien perustaksi
01.04.2025DNA irroittaa elektroniikan tasopinnoilta
01.04.2025Skaalautuvaa äänen generointia ja hallintaa piifotonisiruissa
31.03.2025Fasonien metsästystä
31.03.2025Voimapallo siirtojohdoissa alentaa sähkölaskuja
29.03.2025Tehokas vedyn katalysaattori ja biohybridin kemiaa
28.03.2025Vaihtoehto miljoonille koodiriveille
28.03.2025Neuromorfiseen laskentaan sopiva piitransistori
28.03.2025Magneettisia mikro- ja nanorakenteita hyödyntäen
27.03.2025Uutta kvanttilaskentaprotokollaa kuditeilla, ei kubiteilla
27.03.2025Kuroa umpeen mikroaaltoisten ja optisten kubittien välinen kuilu
27.03.2025Uudenlainen kvanttitietokone tutkii alkuainehiukkasten tanssia
26.03.2025Uusi aikakausi elektroniikalle ja kvanttitietokoneille?
26.03.2025Valosta tehokkaammin energiaa keräten
26.03.2025Voiko sähkö virrata ilman elektroneja?
25.03.2025Massiivisesti rinnakkaiset optiset linkit CMOS-piirille
25.03.2025Ledeistä enemmän irti sopivasti virittämällä
24.03.2025Seuraavan sukupolven 3D-transistorit
24.03.2025Hiilinanoputkijohteita puetettavilla elektroniikalle
24.03.2025Sähköis-optisia muunnoksia terahertsien valolla
22.03.2025Mikrosalamat, sähkökenttä ja elämä maapallolla?
21.03.2025Ohjelmoitava monitoiminen integroitu mikroaaltofotonipiiri
21.03.2025Parantaa sähköoptista suorituskykyä III-V-puolijohteissa
21.03.2025Suora viestintä useiden kvanttiprosessorien välillä
21.03.2025Terahertsivalon polarisaation nopeaa modulaatiota
20.03.2025Multipleksattu lomittuminen kvanttiverkolle
20.03.2025Millaisen uhkan tekoäly luo turvallisuuskriisissä
20.03.2025Polarisaatio ja holografinen informaatio lomittuvat kvanttihologrammiin
20.03.2025Uudenlainen Hall-ilmiö
19.03.2025Vapautua riippuvuudesta harvinaisista luonnonvaroista!
19.03.2025Käänteinen pyramidi 3-akselisena magnetismin Hall-anturina
18.03.2025Pyörivä valo voisi tehostaa seuraavan sukupolven elektroniikkaa
18.03.2025ARM:sta RISC-V:een ilman ohjelmistomuunnosta
18.03.2025Valon hienosäätöä nanopisteillä
17.03.2025Ultralaajakaistainen fotonisiru tehostaa optisia signaaleja
17.03.2025Materiaalien tutkimuksia yhdellä kubitilla
17.03.2025Aistitietoa luonnon tavalla - nopeasti, tehokkaasti ja vähällä energialla
15.03.2025Kohti ympäristöllisesti kestäviä perovskiittiledejä
15.03.2025Misellien avulla lääkkeitä ja vetyä
14.03.2025Kvanttivallan ylitys hyödyllisissä, todellisissa ongelmissa
14.03.2025Monifotoninen lomittuminen metapinnan avulla
14.03.2025Topologinen kvanttilaskenta askeleen lähemmäksi todellisuutta
13.03.2025Staattisen sähkön tiede ei ole enää niin toivoton
13.03.2025Nanoantenni matalataajuiseen tiedonsiirtoon
13.03.2025Tiedemiehet kehittäneet uuden tavan tuottaa energiaa pienillä helmillä
12.03.2025Einsteinin valokvantit Maxwellin yhtälöiden linssin läpi
12.03.2025Uusi laboratorio hiilen kvanttipotentiaalin avaamiseksi
12.03.2025Elektronien hallintaa molekyyleissä
11.03.2025Magiaa, kvanttilaskentaa ja suprajohtavuutta
11.03.2025Jään ja veden kaltaisia tiloja erittäin ohuessa materiaalissa
11.03.2025Supervoitelu mahdollistaa nopeat muistipiirit
10.03.2025Kuvaa vääristämätöntä venyvyyttä ja itsekorjautuvuutta
10.03.2025Kvanttipisteisiä ledejä ilman myrkkyjä
08.03.2025Merivesiakku puujätteestä
07.03.2025Mesohuokoinen pii: ainutlaatuiset elektroniset kuljetusominaisuudet
07.03.2025Dramaattisesti parempia bioelektronisia antureita
06.03.2025Kohti anoditonta kiintoaineakkua
06.03.2025Muoviset ja ioniset superkondensaattorit tehostuvat
05.03.2025VTT ja IQM rakensivat 50 kubitin kvanttitietokoneen
05.03.2025Uusi hiilimuoto, jolla on potentiaalia elektroniikkaan
05.03.2025Germaneenin nanonauhat tasoittavat tietä kvanttilaskentaan
04.03.2025Magneettinen kierre saa aikaan yksisuuntaisen sähkövirran
04.03.2025Kuplat, jotka rikkovat sääntöjä: Sujuva löytö, joka uhmaa logiikkaa
04.03.2025Kohti orbitaalivirtaan perustuvaa elektroniikkaa
03.03.2025Kohti neliulotteista kvanttioptiikkaa
03.03.2025Laskentaa atomien kanssa
03.03.2025Optinen muisti ja transistori optiselle laskennalle
02.03.2025Käytännöllisen kvanttilaskennan aika lähestyy
01.03.2025Ilmastomuutosten hillintää kahdella atomilla
28.02.2025Mikrokampasirut parantavat GPS-tarkkuutta tuhatkertaisesti
28.02.2025Uusi lähestymistapa elektronisten tilojen hallintaan
28.02.2025Uusia monipuolisia mittaustekniikoita
27.02.2025Valon ja aineen hybriditilat voivat parantaa OLED-kirkkautta
27.02.2025Kuinka hiilinanoputket antavat enemmän valoa kuin saavat
27.02.2025Semanttista viestintää ja tunteiden analysointia
26.02.2025Fysiikka tekoälyn perustaksi
26.02.2025Korkean suorituskyvyn katodi natrium-ioni akuille
26.02.2025Korkean entropian keramiikkaa puolijohteiden etsaustekniikkaan
26.02.2025Innovatiivinen akkuelektrodi tinavaahdosta
25.02.2025Magneettinen kytkentä ja kvantti-informaation kantajat
25.02.2025Tekoälyä ja sähköistä voimansiirtoa
25.02.2025Magnetismin rajoittamat eksitonit
24.02.2025Robotiikka etsii malleja elämästä
24.02.2025Pietsosähköisiä minidrooneja ja gepardeja
22.02.2025Kosmisen palapelin simulointia
21.02.2025Topologinen kvanttiprosessori tuo läpimurron tietojenkäsittelyyn
21.02.2025Teratavun tallennustila kuutiomillimetrille
20.02.2025Microsoftilta Majorana ykkönen
20.02.2025Innovatiivisia ratkaisuja langattomille lähettimille
20.02.2025Virittäydy 3D-tulostetun antennitekniikan mahdollisuuksiin
19.02.2025Tehostaa salaustekniikkaa kubitit kuditeiksi
19.02.2025Kun kubitit oppivat kuituoptiikan kielen
18.02.2025Ennätyksellinen kvanttitehokkuus sirujen ledeille
17.02.2025Horisontissa sähköisesti ohjelmoitava spintroniikka
17.02.2025Uusi polymeerikide johtaa sähköä kuin metalli
16.02.2025Kvanttimekaniikalla rooli fotosynteesissä ja lintujen suunnistuksessa
15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla

Näytä lisää »