Kuantum tekilliği yeni elektronik cihazları tetikledi!
Brocade Park: Bu makale kuantum fiziği içindir
Intel'in kurucu ortağı Gordon Moore, yarı iletken teknolojisindeki inanılmaz ilerlemeyi fark etti ve bir çipteki transistör sayısının her yıl ikiye katlanacağını öne sürdü. Bu gözlem, 1965'te bu görüşü ortaya koyduğundan beri orada. Bununla birlikte, Moore'un elektronik devrimin şu andaki boyutunu önceden görmesi pek olası değildir. Bugün, benzersiz özelliklere sahip yeni bir cihaz geliştirme aşamasındadır. Ultra minyatürleştirme sürecinin hızlanmasıyla birlikte araştırmacılar, moleküler ölçekte fiziksel ve kimyasal özelliklerin kesişimini keşfetmeye başladılar. Bu hızlı tempolu alandaki gelişmeler, diğer yeniliklerin yanı sıra veri depolama ve bilgi işleme ekipmanını iyileştirebilir ve moleküler anahtarların geliştirilmesine yardımcı olabilir. Tao Enjian ve arkadaşları yakın zamanda tek molekül iletkenliği üzerine bir dizi çalışmayı anlattılar. Bu kadar küçük ölçekte elektronik ürünler yaratmak birçok zorlukla karşı karşıyadır. Ultra küçük dünyada, kuantum dünyasının özel doğası hakimdir. Burada elektronlar elektrik akımı şeklinde akar, dalgalar gibi davranır ve kuantum girişimi adı verilen bir fenomenden etkilenir.
Park Biliminin Popülerleştirilmesini Kırdı: Bu kuantum fenomenini manipüle etme yeteneği, alışılmadık özelliklere sahip yeni tip nanoelektronik aygıtların geliştirilmesine yardımcı olabilir. Tek tek moleküllerin kuantum fenomenlerini ölçmenin yanı sıra onları kontrol etmek de ilgi çekicidir. Bu, moleküler sistemlerdeki temel yük aktarımını anlamamıza ve yeni cihaz işlevlerini incelememize olanak tanır. Tao, Biyoelektronik ve Biyosensörler için Biyolojik Tasarım Merkezi'nin direktörüdür.Doğa Materyalleri'nde yayınlanan bir çalışmada Tao ve Japonya, Çin ve Birleşik Krallık'tan meslektaşları deneyin ana hatlarını çizdi. Araştırmacılar, moleküllerin yük taşıma özelliklerini araştırdılar ve elektronların hayalet dalga özelliklerinin (yani kuantum girişimi), Para ve Meta olarak adlandırılan molekülün iki farklı konfigürasyonunda tam olarak modüle edilebileceğini kanıtladılar. Sonuçlar, kuantum girişim etkisinin moleküler ölçekli cihazların iletkenlik özelliklerinde önemli değişikliklere neden olabileceğini göstermektedir. Araştırma ekibi, kuantum girişimini kontrol ederek, tek bir molekülün iletkenliğinin ikiden fazla büyüklük düzeyinde ince ayarlanabileceğini buldu.
Kuantum girişiminin hassas ve sürekli kontrolü, gelecekte çok çeşitli moleküler ölçekli elektronik, yüksek hızlı ve düşük güç elektroniğinin geliştirilmesinin temel bir bileşeni olarak kabul edilmektedir. Bu tür tek moleküllü cihazlar, transistörler, teller, doğrultucular, anahtarlar veya mantık kapıları gibi davranabilir ve süper iletken kuantum girişim cihazları (SQUID), kuantum kriptografisi ve kuantum hesaplama gibi gelecekteki uygulamalarda bir çıkış yolu bulabilir. Mevcut araştırmada moleküller (farklı konfigürasyonlarda görünebilen siklik hidrokarbonlar), moleküler elektroniklerin davranışını nano ölçekte modellemek için en basit ve en çok yönlü adaylardan biri oldukları için kullanılmaktadır. Kuantum girişim etkisini gözlemlemek için ideal nesne. Yükün tek bir molekülden nasıl geçtiğini tespit etmek için kırılma birleşim noktası ölçümleri yapılır. Test, taramalı tünelleme mikroskobu veya STM kullanımını içerir. İncelenen molekül, altın substrat ile STM cihazının altın ucu arasında yer almaktadır.
STM'nin ucu tekrar tekrar molekülle temas eder veya temas eder ve akım her bir terminalden geçtiğinde kırılır ve yeniden bağlanır. Deneyde binlerce iletkenlik ve mesafe ilişkisi kaydedildi Deneyde kullanılan iki molekülün özel moleküler özellikleri, elektronların bağlantı noktasındaki akışını değiştirdi. "Para" konfigürasyon molekülü, "Meta" konfigürasyon molekülünden daha yüksek bir iletkenlik değeri sergiler, bu da molekülde yapısal kuantum girişimi ve yıkıcı kuantum girişimi olduğunu gösterir. Elektrokimyasal geçit adı verilen bir teknik kullanarak, araştırmacılar sürekli olarak iki büyüklük derecesinin iletkenliğini kontrol edebilir. Geçmişte, kuantum girişim özelliklerinin değiştirilmesi, cihazda kullanılan taşıyıcı moleküllerin modifikasyonunu gerektirmiştir. Mevcut araştırma, tek bir molekülde ilk kez iletkenlik ayarının yapıldığına işaret etmektedir. Moleküler ölçekte iletkenlik, moleküler elektronik orbitalleri içeren kuantum girişiminden hassas bir şekilde etkilenir. Spesifik olarak, işgal edilen en yüksek moleküler orbital veya HOMO ile en düşük boş moleküler orbital veya LUMO arasındaki girişim, tek bir molekülün iletkenliğini belirleyen ana faktör gibi görünüyor.
Elektrokimyasal geçit voltajı kullanılarak, moleküldeki kuantum girişimi hassas bir şekilde ayarlanabilir.Araştırmacılar, HOMO ve LUMO'nun iletkenliğe katkısının Para molekülüne katkı sağladığını gösteren teorik hesaplamalar ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir anlaşma olduğunu kanıtladılar. Yapısal müdahaleye neden olur. Meta moleküllerinin çıkarılması, tıpkı sudaki dalgaların daha büyük dalgalar oluşturmak için birleşebilmesi veya fazlarına bağlı olarak birbirlerini iptal edebilmesi gibi yıkıcı girişime yol açar. Tek moleküllü yük taşınmasına ilişkin önceki teorik hesaplamalar tamamlanmış olsa da, deneysel doğrulamanın nanoteknoloji, tarama sondası mikroskobu ve moleküller ile metal yüzeyler arasında elektriksel fonksiyonel bağlantılar oluşturma yöntemlerinde çok sayıda ilerlemeyi beklemesi gerekiyor. Şimdi, moleküler elektronik, kuantum girişimini manipüle ederek iletkenliği ustaca değiştirebildiği için, çok çeşitli yenilikler gerçekleştirebilir.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Arizona Eyalet Üniversitesi
Richard Harth, Arizona Eyalet Üniversitesi
Referans dergi literatürü: "Nature Materials"
DOI: 10.1038 / s41563-018-0280-5
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
