Po prvi put, međunarodni tim istraživača, uključujući i one sa Instituta za fiziku čvrstog stanja Univerziteta u Tokiju, demonstrirao je prekidač, analogan tranzistoru, napravljen od jednog molekula zvanog fuleren.
Korišćenjem pažljivo podešenog laserskog pulsa, istraživači su u stanju da koriste fuleren za prebacivanje putanje dolaznog elektrona na predvidljiv način. Ovaj proces prebacivanja može biti tri do šest redova veličine brži od prekidača u mikročipovima, u zavisnosti od laserskih impulsa koji se koriste. Fullerenski prekidači u mreži mogli bi da proizvedu računar izvan onoga što je moguće sa elektronskim tranzistorima, a takođe bi mogli da dovedu do nivoa rezolucije bez presedana u mikroskopskim uređajima za snimanje.
Pre više od 70 godina, fizičari su otkrili da molekuli emituju elektrone u prisustvu električnih polja, a kasnije i na određenim talasnim dužinama svetlosti. Emisije elektrona stvorile su obrasce koji su izazivali radoznalost, ali su izmicali objašnjenju. Ovo se promenilo zahvaljujući novoj teorijskoj analizi, čije grananje bi moglo ne samo da dovede do novih visokotehnoloških primena, već i da poboljša našu sposobnost da pažljivo ispitamo sam fizički svet.
Istraživač projekta Hirofumi Ianagisava i njegov tim teoretizirali su kako bi se emisija elektrona iz pobuđenih molekula fulerena trebala ponašati kada je izložena određenim vrstama laserske svjetlosti, i kada su testirali svoja predviđanja, otkrili su da su tačna.
„Ono što smo uspeli da uradimo ovde je da kontrolišemo način na koji molekul usmerava putanju dolaznog elektrona koristeći veoma kratak impuls crvenog laserskog svetla“, rekao je Ianagisava. „U zavisnosti od pulsa svetlosti, elektron može ili da ostane na svom podrazumevanom kursu ili da bude preusmeren na predvidljiv način. Dakle, to je malo poput tačaka prebacivanja na železničkom koloseku ili elektronskom tranzistoru, samo mnogo brže.“
„Mislimo da možemo postići brzinu prebacivanja milion puta brže od klasičnog tranzistora. A to bi moglo da se prevede na performanse u stvarnom svetu u računarstvu. Ali podjednako je važno da ako možemo da podesimo laser da nagovorimo molekul fulerena da se prebaci na više načina u isto vreme, to bi moglo biti kao da imate više mikroskopskih tranzistora u jednom molekulu. To bi moglo povećati složenost sistema bez povećanja njegove fizičke veličine.“
Molekul fulerena koji leži u osnovi prekidača povezan je sa možda malo poznatijom ugljeničnom nanocevicom, iako je umesto cevi fuleren sfera atoma ugljenika. Kada se postave na metalnu tačku – u suštini kraj igle – fulereni se orijentišu na određeni način tako da će usmeriti elektrone na predvidljiv način. Brzi laserski impulsi na skali od femtosekunde, kvadriliontinke sekunde, ili čak atosekunde, kvintiloniti delovi sekunde, fokusirani su na molekule fulerena da bi pokrenuli emisiju elektrona. Ovo je prvi put da je lasersko svetlo korišćeno za kontrolu emisije elektrona iz molekula na ovaj način.
„Ova tehnika je slična načinu na koji fotoelektronski emisioni mikroskop proizvodi slike“, rekao je Ianagisava. „Međutim, oni mogu postići rezoluciju u najboljem slučaju oko 10 nanometara, ili deset milijarditih delova metra. Naš fuleren prekidač to poboljšava i omogućava rezolucije od oko 300 pikometara, ili tristo trilionti deo metra.“
U principu, pošto se više ultrabrzih elektronskih prekidača može kombinovati u jedan molekul, bila bi potrebna samo mala mreža fulerenskih prekidača za obavljanje računarskih zadataka potencijalno mnogo brže od konvencionalnih mikročipova. Ali postoji nekoliko prepreka koje treba prevazići, kao što je kako minijaturizirati lasersku komponentu, što bi bilo od suštinskog značaja za stvaranje ove nove vrste integrisanog kola. Dakle, možda će proći još mnogo godina pre nego što vidimo pametni telefon zasnovan na fulerenskom prekidaču.
