При помощи лазерных импульсов международная команда исследователей первой сумела заставить фуллерен вмешаться в движение электрона предсказуемым образом. В зависимости от настроек лазера этот процесс может происходить на три-шесть порядков быстрее, чем переключение в микрочипах. Фуллереновые коммутаторы открывают перед вычислительной техникой возможности, которых нет у электронных транзисторов.

Более 70 лет назад физики открыли, что молекулы испускают электроны в присутствии электрических полей, а впоследствии, и определенных длин волн света. Эта эмиссия вызывала интерес, но до сих пор объяснить ее не могли, рассказывает Science Daily. Исследование Хирофуми Янагисавы и его команды из Университета Токио (Япония) раскрывает, как эмиссия электронов от возбужденных молекул фуллерена должна вести себя под действием различных видов лазерного света.

С помощью кратких импульсов красного света ученые смогли управлять тем, как молекула направляет входящий электрон. В зависимости от импульса электрон либо остается на прежнем курсе, либо перенаправляется предсказуемым образом. Таким образом, молекула выполняет функции коммутатора или электронного транзистора, только работает в разы быстрее.

«Мы полагаем, что можем достичь скорости переключения в 1 млн раз быстрее, чем у классического транзистора, — заявил Янагисава. — И это может отразиться на производительности компьютеров. Но не менее важно, что если мы умеем настройкой лазера заставлять молекулу фуллерена переключаться различными способами, у нас как бы появляется множество микроскопических транзисторов в одной молекуле. Это позволяет нарастить сложность системы без повышения ее физического размера».

Фуллерен — похожая на футбольный мяч молекула атомов углерода. На металлическом острие она принимает определенную ориентацию, поэтому может направлять электроны предсказуемым образом. Быстрые лазерные импульсы в масштабе фемтосекунд или даже аттосекнуд запускают эмиссию электронов. Впервые лазерный свет применялся таким образом для управления эмиссией электронов молекулы.

В принципе, для выполнения вычислительных задач с большей скоростью, чем современные микрочипы, потребуется лишь небольшая сеть фуллереновых коммутаторов. Но прежде чем такое станет возможно, придется преодолеть ряд трудностей. Например, миниатюризировать лазерный компонент, необходимый для такого типа интегральной схемы.