Półprzewodniki i komputery kwantowe dzięki fullerenom?

Profesor Harry Dorn z Virginia Tech to światowej sławy specjalista zajmujący się badaniami nad fullerenami. Właśnie odkrył nową dziedzinę chemii tych związków, dzięki której być może zostaną użyte do obliczeń kwantowych i znajdą zastosowanie jako półprzewodniki.

Już w 1999 roku Dorn pokazał, w jaki sposób do składającej się z 80 atomów węgla fullerenowej "klatki" można wprowadzić atomy i jak zmieniać ich liczbę. Badania Dorna przyczyniły się do powstania doskonalszych materiałów do rezonansu magnetycznego i medycyny nuklearnej.

Ostatnimi czasy Dorn próbował umieścić w fullerenie atomy gadolinu. W tym celu najpierw do fullerenu składającego się z 80 atomów węgla wprowadził dwa jony itru. Później jeden z atomów węgla "klatki" zastąpił atomem azotu. Wówczas jeden z elektronów azotu pozostał wolny. Dorn odkrył, że elektron ten, zamiast pozostać na powierzchni "klatki", przemieścił się do wnętrza, pomiędzy jony itru. Uzyskaliśmy w ten sposób bardzo niezwykłe uwięzienie elektronu pomiędzy dwoma atomami itru - mówi Dorn. Zjawisko to zostało potwierdzone obliczeniami profesora chemii Daniela Crawforda oraz badaniami krystalograficznymi przeprowadzonymi na Uniwersytecie Kalifornijskim przez profesora Alana Balcha.

W ciągu ostatnich kilku dni Dorn przekonał się, że wspomniany elektron można usunąć z klatki. Możliwość manipulacji nim może być bardzo ważna dla rozwoju spintroniki czy obliczeń kwantowych.

Połączenie dwóch atomów itru z jednym elektronem wykazuje unikatowe właściwości spinu, które można zmieniać. Poprzez zwiększenie polaryzacji spinu możemy zwiększyć czułość MRI oraz NMR. Dorn widzi jednak również znacznie ciekawsze zastosowanie dla swoich badań.

Jeśli podmienimy jeden atom węgla nie azotem a borem, będziemy mieli o jeden elektron za mało. Uzyskamy w ten sposób materiał do stworzenia półprzewodnika - mówi profesor.

fulleren półprzewodnik węgiel obliczenia kwantowe