Optische transistor van een enkele molecule gemaakt

Zwitserse onderzoekers zijn erin geslaagd optische transistors te construeren die ieder uit slechts één molecule zijn opgebouwd. De transistors zouden als schakelelementen in optische computers kunnen worden ingezet.

De Zwitserse wetenschappers zijn verbonden aan de chemiefaculteit van de ETH in Zürich en publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Nature. Om optische transistors te maken die uit een enkel molecule bestaan, gebruikten ze de eigenschap dat moleculen bij zeer lage temperaturen een groter interactie-oppervlak voor laserlicht hebben. Moleculen die tot ongeveer 1 Kelvin werden gekoeld, bleken voldoende gevoelig voor het gebruikte laserlicht.

De molecule-transistors kunnen energie uit een laserstraal opnemen: een molecule verkeert dan in aangeslagen of geëxciteerde toestand. Wanneer een tweede laser-straal het aangeslagen molecule raakt, komt de excitatie-energie weer vrij. De tweede straal licht kan als basis van de transistor worden gezien, die het signaal van de eerste laser-straal kan versterken of juist uitdoven. Dit principe is feitelijk identiek aan de werking van een laser, met als belangrijkste verschil dat in een laser zeer veel moleculen nodig zijn voor de versterking van het licht.

De techniek van de Zwitsers zou ook nog eens naar het niveau van individuele fotonen schaalbaar zijn, waardoor de moleculaire optische transistors ook in quantumcomputers inzetbaar zouden zijn. Voor het zover is, zal echter nog veel onderzoek gedaan moeten worden: onderzoeksleider Vahid Sandoghbar vergelijkt de huidige staat van de optische transistor met het vacuumbuis-stadium van transistors. Het zal dan ook nog jaren werk kosten voordat de technologie praktisch toepasbaar is.

Reacties (48)

1 Kelvin, da's niet bijzonder veel en praktisch niet toepasbaar.

Nee, dat is ongeveer het absolute nulpunt. Maar als je dit bijv op de schaal van een piepkleine chip kan houden, valt het nog mee. Zowiezo betekent dit dat je vele malen meer in een chip kan stoppen volgens mij waardoor de boel superklein kan worden gemaakt. Zeer goed seal, kleine beetjes stikstof en klaar. Was het maar zo simpel he.

stikstof kan niet tot 1K koelen.

zelfs Waterstof wordt al vast bij 14K, dus tenzij je met Solid Hydrogen gaat koelen in een vacuüm zal dat niet goed lukken

Waterstof is nogal gevaarlijk in die toestand. Waarschijnlijk hebben ze helium onder zeer hoge druk gebruikt.

Excuus, helium inderdaad. Had ik moeten weten aangezien we zowel stikstof als helium gebruiken om een massa-spectrometer hier tot bijna 0 af te koelen.

Laat stikstof nou net niet bijna het absolute nulpunt zijn?

Nee maar met vloeibaar Helium kan dat wel.
Alleen vraag ik me af hoeveel energie je nodig hebt om die transistor op die temperatuur te houden EN of het molecuul niet uiteenvalt als de temperatuur stijgt.
Want dan zou die koeling altijd actief moeten zijn en is het meteen einde verhaal bij een stroomstoring. (en een simpel backup batterijtje lijkt mij niet in staat om deze energie te leveren)

1 Kelvin is heel lastig te bereiken, misschien wel met Helium, maar dat heeft een kookpunt van 4,2 Kelvin. Maar dit is nog maar het begin van de techniek van transistoren die met licht werken en ga er maar vanuit dat er ontwikkelingen worden gedaan waarbij die temperatuur flink omhoog zal gaan. Want laatst was er hier ook een artikel over een supergeleider die werkte op kamer temperatuur, terwijl die eerst ook alleen op extreem lage temperaturen werkte.

Laat stikstof nou net niet bijna het absolute nulpunt zijn?

Nou niet bepaald, vloeibaar stikstof is -196 graden celcius en 0 Kelvin is -273 graden celcius, dus daar zit nog wel degelijk verschil in

misschien met laser-koeling (als het signaal laserlicht niet wordt verstoord

da's dan een verdomd smal lichtstraaltje waar ze daar mee werken...

verder: het gaat mijn bevattingsvermogen ver te boven. Ik ben benieuwd wat voor een toepassing dit gaat worden

Is natuurlijk alleen maar een leuke schetsje...

In de praktijk is de focus van de laserstraal zo'n 100 maal groter dan het molecuul...

Ik snap deze abacadabra nooit, maar wat ik mij dan wel af ga vragen. Ten tijde van de introductie van de eerste, laten we zeggen Intel, processor, kwamen daar ook dit soort berichten aan vooraf?

In de zin dat wij dit soort dingen ook daadwerkelijk kunnen 'verwachten'?

deze ontwikkeling is eerder vergelijkbaar met de eerste solid state transistors ivm de vacuüm buizen die tot dan toe werden gebruikt.
op dat moment duur en weinig praktische maar met heel veel potentie. (maar het duurde nog een paar decennia voor er een echte chip mee gemaakt werd.)

Een quantum computer is niet een verbeterde normale computer. Een quantum computer doet hele andere berekningen die in bv encryptie en databases erg nuttig zijn. De meeste programma's zullen geen baat hebben bij het maken van quantum berekeningen. De temperatuur is niet zo'n probleem. Quantum mechanische effecten treden vaak pas op bij lage temperaturen, dus dat is sowieso nodig. Behalve dan bij optische quantum computers, want die kunnen dan wel weer gewoon op kamertemperatuur werken. Het zou wel praktisch zijn als ze de transistor boven de 4 K konden laten werken want dan kan je met Helium koelen.

Als ik het eventjes snel doorlees staat er dat je met deze transistor in quantum computers kan gebruiken. Maar weet bijna niks van zoiets als dit, dus beetje opletten.

Als de transistor 1 atoom groot is, zal er toch een of andere vorm van isolatie nodig zijn, ik neem dus aan dat het 'omhulsel' vele malen groter is dan het schakelende atoom zelf.

@BlackOwl: o ja, blijkbaar heb ik het zelf ook 'eventjes snel' doorgelezen...

[Reactie gewijzigd door torp op 3 juli 2009 14:03]

1 De transistor werkt op licht en niet op electriciteit, isolatie is dus niet echt nodig
2 De transisyor is 1 molecuul groot, niet 1 atoom, en dat scheelt nogal.

Wellicht een misverstand maar dat er een reageerknop staat betekent niet dat je MOET reageren na het lezen van een artikel – het MAG. Wel is het zaak dan het artikel even goed te lezen. Een post wordt bovendien zinvoller naarmate je er meer vanaf weet.

Wat een onzin, de heer Zhalix is geinteresseerd alleen weet hij er gewoon niets vanaf, het leuke is dan dat er op gereageerd kan worden door mensen hier die dat wel weten. Alleen maar goed.

Maar wat wil de heer Zhalix dan weten? Ik zie geen vraag.

Hij oppert de mogelijkheid dat dit in quantum-computers kan worden gebruikt, best interessant om te weten of dat uberhaupt met elkaar te maken kan hebben en in hoe verre dit een verbetering is voor dit type computers. Ik bedoel er gewoon mee dat er een leuke discussie uit kan voortvloeien, ondanks dat het een wat snelle niet al teveel zeggende reactie is.

[Reactie gewijzigd door vgroenewold op 3 juli 2009 14:21]

Volgens mij "oppert" hij niks, hij herhaalt alleen maar wat er in het artikel staat. Volgens mij brengt dat dus niets bij aan de discussie.

Toch is zijn post de enige in deze subthread die inhoudelijk op het artikel zelf ingaat i.p.v. alleen te 'muggenziften' op de post van een ander...

Volgens mij gaat dit niet zo snel werken, want een foton heeft een veel langere golflengte dan de lengte/breedte van het molecuul. Hierdoor kan je niet 1 molecuul tegelijk switchen. Zoiets kan alleen als je zeer hoge energie fotonen gebruikt, en daarmee maak je het molecuul stuk, lijkt me.

golflengte hangt af van type laser, en daar hebben ze vast rekening mee gehouden

Ik ben benieuwd wat dit gaat betekenen in de toekomst.

Sow nu ik ook nog een slimme opmerking..

molecuul = Het kleinste deeltje van een stof die nog de eigenschappen heeft van de stof.
atoom = een deeltje zoals bv elektron proton heeft geen spec eigenschappen ( alleen positief, negatief en Neutraal)

Een molecuul kan dus zomaar +100 keer groter zijn dan een atoom.

( Betekend dit nu echt dat mijn lesgeld niet volledig nutteloos is geweest?? )

Nou... ik geloof dat je toch een deel van het lesgeld moet terugvorderen...

Een atoom is namelijk opgebouwd uit een kern van protonen en neutronen, met daarom omheen een wolk van elektronen. Dat geheel noem je een atoom, niet de afzonderlijke onderdelen.

Maar wat betreft molecuul heb je gelijk. En ja, dat kan gigantisch veel groter zijn dan een atoom. Maar soms ook niet. Een watermolecuul is slechts 3 atomen groot.


Maarre... wat was nou precies de relevantie met het artikel?

Stikstof is vloeibaar bij -196, maar kan wel kouder zijn. Echter, niet zo koud als helium, het is dan al lang vast. Verder, hoe groot is het molecuul nu? Een autoband is in principe na rubberverzwaveling ook maar één molecuul, dus dat zegt nog niet veel.

Verder bijzondere ontwikkeling. Op zo'n kleine schaal dit maken, en in stand kunne houden. Ik ben benieuwd of het ook al beetje last krijgt van quantummechanische effecten. Hoewel deze misschien uiteindelijk de toepassingen ook weer vergroten. Ik ben alleen beniieuwd wat voor een materiaal het is. Is het een eenheidscel van bijv. een kristal, of iets in die geest. Ik ga er niet vanuit dat het organisch is.

Ik kan van thuis uit niet bij de full-text van Nature, dus ik kan niet opzoeken welk molecuul ze gebruikten. Maar de meeste fluorescente dyes zijn niet zo groot. Meestal opgebouwd uit een paar aromatische ringen, met wat restgroepen. Dat is dan maar een paar nanometer groot.

Uiteraard krijg je met quantummechanische effecten te maken. De hele interactie van licht en materie is pure QM.

Voorlopig is het geen kristal o.i.d.. Dit is alleen maar het concept bewijzen. Dus nemen gewoon een uiterst ver verdunde oplossing van fluorescentie moleculen, en laten die op een oppervlak uitspreiden, waardoor de moleculen mooi ieder apart liggen. En dan kun je ze individueel met je laserbundel manipuleren.

Hoe je dat ooit in een cpu gaat bouwen, is voer voor de volkomen 20 jaar onderzoek.

1 Kelvin, dat is ongeveer -272 ofzo? Niet echt bijster veel. Maarja ik zal het wel niet helemaal snappen maar lijkt me zeker wel handig!

Niet echt bijster veel? Kouder dan dat is praktisch bijna onmogelijk. 1 kelvin is zo goed als het absolute nulpunt, kouder dan dat kan je het niet krijgen. Je snapt het idd niet

mwa

Wij zitten hier in het lab op enkele nanokelvin (Bose-Einsteincondensaat)

-272 is niet bijster veel, 30000, dat is bijster veel En het kan nog een graad kouder

-272,16 om precies te zijn.

En gelijk heeft tie, hoe vaak ik artsen wel niet een waarde hoor roepen zonder eenheid. Nu weten ze dat wel, maar het werkt toch fouten in de hand vind ik.

Wat ik dan weer helemaal triest vind is dat ik een keer in een MAVO examen in een vraagstuk verwerkt zag staan iets als "een auto rijdt met 100 km over de weg", waarmee ze dus snelheid bedoelden. En nee, dat was niet per abuis

Als ik elke keer "mmol/l" of "cellen per microliter" erbij moet zggen ben ik per dag toch een stukje meer tijd kwijt . Het kan geen kwaad zolang je maar in een centrum zit waar de eenheden gestandaardiseerd zijn.
Als ik tegen een verple(e)g(st)er zeg dat kaliumsuppletie niet nodig is omdat het kalium nog 3,8 is, dan heeft de toevoeging van de eenheid wat mij betreft geen meerwaarde...

Omdat jij dat zelf weet, die verple(e)g(st)er zal gewoon ja en amen zeggen denk ik. Het zal idd ook vaak goed gaan binnen de eigen omgeving, maar niet wanneer je ook maar 1 stap daarbuiten zet en daar gaat wel vaker iets mis. Of soms ook tussen collega's.

Onzin. Precies zoals Masterlans terecht opmerkt, hebben alle waardes een referentiebereik in een standaardeenheid. Communicatie tussen medici gaat botweg ervan uit dat iedereen in diezelfde eenheden denkt en communiceert.

Je hebt wellicht gelijk dat buiten die omgeving daar wellicht verwarring over kan ontstaan, maar is dit nu echt relevant? Immers, alle personen voor wie het echt belangrijk is om over de juiste gegevens van patiënten te beschikken zal immers in deze medische wereld leven en mocht er toch sprake zijn van gebruik van een afwijkende eenheid, zal dit gelijk opvallen (omdat een waarde bijvoorbeeld een orde 1000 groter of kleiner is dan je zou verwachten, wat binnen het menselijk lichaam bijna niet voorkomt zonder dat er een regulatiesysteem extreem kapot aan het gaan is). In dat geval zal er nog altijd een controle plaats vinden.

Ik denk bijvoorbeeld dat er niet heel veel artsen zijn die gelijk blind gaan vullen als ze van een of andere rare collega horen dat de bloeddruk 1,2 over 0,8 is....

Jij hebt hem door.

@ vdgroenewold: je hebt ten dele gelijk. Als ik communiceer met een arts uit het buitenland, zal ik er uiteraard wél alle eenheden netjes bij vermelden, zij kunnen gebruik maken van andere eenheden die het anders erg onduidelijk zouden maken. Tussen collega's binnen hetzelfde ziekenhuis zal niet snel iets misgaan omdat alles volgens standaard eenheden genoteerd.

-273,16 ℃ bedoel je zeker dat is 0 K.
Eigenlijk -273,15 ℃ maar goed......

Goed lezen, de context was 1K. Dus -272,15℃.

Je hebt gelijk maar die reactievertakkingsstructuur (mooi woord voor scrabble) hier is niet altijd even duidelijk vandaar.