Molecuul "schakelt' in picoseconden

Tegenwoordig wordt veel onderzoek verricht naar de mogelijkheid om afzonderlijke moleculen te gebruiken als elektronische schakelingen in optische computers.

Doordat de energie-overgangen in moleculen uiterst snel plaatsvinden, kan er zeer snel worden geschakeld en doordat de moleculen zo klein zijn, zouden er zeer vele schakelingen in een bepaald volume kunnen worden geperst. Onderzoekers van het Argonne National Laboratory in de Verenigde Staten hebben nu een molecule gemaakt dat in picoseconden (pico = 10-¹²) van de ene toestand naar de andere kan worden "geschakeld'.

Het molecule is een langgerekt molecule dat uit meer dan honderd atomen bestaat. Het is opgebouwd uit een centraal molecule van dicarboxymide, met aan beide uiteinden een porfyrine-molecule. Het centrale molecule is een zeer fotostabiele elektronenacceptor, dat als zodanig veel gebruikt wordt in verfstoffen, vloeibare kristallen en de fotografie. De twee moleculen aan weerszijden zijn donormoleculen, die tijdens absorptie van licht van een bepaalde golflengte een elektron afstaan aan het centrale molecule (vandaar de aanduiding donor en acceptor). Dit laatste wordt dan gereduceerd.

De schakelsnelheid werd gemeten door de donormoleculen te bestoken met zeer kortdurende pulsen laserlicht en te kijken hoe lang het duurde voordat na de absorptie van licht het acceptormolecule werd gereduceerd. Het bleek dat dit korter dan 10 picoseconden duurde. De "schakelsnelheid' van dit molecule is daarmee aanzienlijk groter dan die van moleculen die onder invloed van licht een verandering in molecuulstructuur ondergaan. De sterkste absorptie blijkt plaats te vinden op golflengten van 713 en 546 nanometer (Science 257, p. 63).

Een andere interessante eigenschap van het molecule is dat het centrale deel één of twee elektronen kan opnemen, dus enkelvoudig of dubbel wordt gereduceerd, afhankelijk van de intensiteit van het laserlicht. Deze eigenschap maakt het mogelijk om met dit molecule op tijdschalen van picoseconden twee lichtbundels tegelijk te moduleren, dus om het molecule te gebruiken als logische schakelaar (voor het uitvoeren van elementaire wiskundigige bewerkingen op meerdere signalen). Maar er is nog een lange weg te gaan voordat uit deze laboratorium-experimenten echte optische computers kunnen worden ontwikkeld.