Kvanttien pumppausta molekyyliliitoksissa

Molekyylielektroniikassa tutkitaan, miten elektronit liikkuvat yksittäisten molekyylien muodostamissa liitoksissa ja miten tätä voidaan hyödyntää elektronisissa laitteissa. Näissä järjestelmissä tyypillisesti käytettyjen teoreettisten mallien aikaskaalat ovat hyvin nopeita verrattuna kokeellisesti havaittuihin aikaskaaloihin, ja niiden sovittaminen yhteen on ollut haasteellista.  
 
Jyväskylän yliopiston ja Wroclawin tiede- ja teknologiayliopiston tutkijoiden kehittämän uuden mallinnustekniikan avulla tutkittiin asetelmaa, jossa bentseeniditiolimolekyyli on kytketty kuparielektrodeihin ollen vuorovaikutuksessa valon kanssa ontelossa. Uuden teoreettisen menetelmän ansiosta saavutettiin kokeellisesti relevantti aikaskaala molekyylitason ilmiöiden tarkastelulle.  

- Teoreettiset tuloksemme osoittavat, että tutkimamme molekyyliliitos voi tuottaa huomattavaa valon emissiota ja korkeiden harmonisten ylätajuuksien syntymistä, kertoo yliopistonlehtori Riku Tuovinen Jyväskylän yliopistosta.  

Mielenkiintoista on, että tapa, jolla nämä vaikutukset tapahtuvat, muistuttaa enemmän sitä, mitä on havaittu kiinteän olomuodon materiaaleissa eikä niinkään atomi- tai molekyylisysteemeissä.  

- Lisäksi tutkimuksessamme havaittiin, että asetelmaan liittyvät symmetriat voivat joko vaimentaa tai vahvistaa tiettyjä valotaajuuksia, joten asetelmaa voitaisiin mahdollisesti hyödyntää molekyylielektroniikassa kytkimenä tai vahvistimena, selventää Tuovinen. 

Molekyylitason kvanttipumppu 

Tutkijat viittaavatkin tarkastelemaansa asetelmaan eräänlaisena molekyylitason kvanttipumppuna.  

- Samoin kuin jo antiikin ajoilta tunnetun Arkhimedeen ruuvin hyötysuhde riippuu sen kallistuskulmasta ja kierteiden askelluksesta, molekyylikvanttipumppujen hyötysuhde riippuu asetelmaa ajavien jännitteiden suuruudesta ja vaihe-erosta, täsmentää Tuovinen. 

Tutkimusartikkeli on julkaistu Nano Letters -julkaisusarjassa 10.7.2024. 

Artikkelin tiedot: 

• Tuovinen, R., & Pavlyukh, Y. (2024). Electroluminescence Rectification and High Harmonic Generation in Molecular Junctions. Nano Letters, 24(29), 9096-9103 
• Doi: 10.1021/acs.nanolett.4c02609 
• Linkki artikkeliin: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02609