Miljø gør molekyl til en switch

Det ligner et kors med fire arme af lige længde, der har et centralt atom i deres skæringspunkt. Alle atomer er arrangeret i et plan, så molekylet er absolut plant - i hvert fald i normal tilstand.

Fysikere fra University of Würzburg er nu lykkedes med at manipulere dette molekyle ved hjælp af en særlig aflejring og et elektrisk felt til permanent at indtage to forskellige tilstande. Dette kan gøre molekylet egnet som en slags "molekylær switch" til spintronics -applikationer - en banebrydende databehandlingsteknologi baseret på elektron -spin.

Den molekylære omskifter er frugten af ​​et samarbejde mellem medlemmer fra afdelingerne for eksperimentel og teoretisk fysik ved universitetet i Würzburg:Dr. Jens Kügel, en postdoc ved Institut for Eksperimentel Fysik II, udtænkt og kørt eksperimenterne. Giorgio Sangiovanni, professor i teoretisk fysik ved Institut for Teoretisk Fysik og Astrofysik, stod for fortolkningen af ​​dem. Teamet har for nylig offentliggjort deres forskningsresultater i det aktuelle nummer af tidsskriftet npj Quantum Materials.

Bygger en bro med et farvestofmolekyle

"Vi brugte et mangan phthalocyanin -molekyle, et farvestof, der normalt ikke kan skiftes "Sangiovanni beskriver fysikernes tilgang. Jens Kügel måtte ty til et trick for at gøre det til en molekylær switch:Han monterede molekylet på en helt speciel metallisk overflade bygget af sølv og vismutatomer.

Fordi vismutatomer er meget større end sølvatomer, deres almindelige arrangement dækker metaloverfladen som lave vægge. Uregelmæssigheder i denne struktur resulterer i en større afstand mellem to vismutområder som et udtørret flodleje. Mangan -phthalocyaninmolekylet bygger derefter en bro over dette flodleje for at fortsætte metaforen.

Omskiftet af et elektrisk felt

Jens Kügel brugte en særlig teknik til at give molekylet dets skifteegenskab. Da han nærmede sig manganatomet i midten af ​​molekylet med en meget fin spids, der udsendte et elektrisk felt, det centrale atom ændrede sin position og bevægede sig lidt ned mod den metalliske overflade ud af molekylplanet. "På denne måde, molekylet tog to stabile omskiftelige tilstande, "siger fysikeren.

Fysisk, molekylet skaber et stort magnetisk moment på grund af positionsændringen af ​​dets centrale atom. På grund af særlige kvantefysiske fænomener, denne ændring af position påvirker hele molekylet, manifesterer sig eksternt gennem tydeligt forskellige magnetiske egenskaber. Fysikere omtaler dette som Kondo -effekten.

Et nyt koncept til at bygge molekylære switches

Normalt, molekylære switches syntetiseres til at være iboende stabile i flere tilstande. "Vi har nu demonstreret, at denne funktionalitet også kan oprettes i ikke-omskiftelige molekyler ved selektivt at manipulere molekylets miljø, "Kügel og Sangiovanni forklarer det centrale resultat af deres papir. Fysikerne har således udviklet et nyt koncept til at bygge molekylære switches, som de mener vil åbne op for nye designmuligheder inden for molekylær elektronik i fremtiden.

Vellykket samarbejde i Collaborative Research Center

Det vellykkede samarbejde mellem teoretiske og eksperimentelle fysikere ved University of Würzburg er også baseret på Collaborative Research Center "Topologisk og korreleret elektronik på overflader og grænseflader", kort ToCoTronics, som ligger i Würzburg. Fokus er på særlige fysiske fænomener - elektroniske korrelationer og topologisk fysik, og frem for alt, deres interaktioner, som har et stort anvendelsespotentiale for nye, morgendagens banebrydende teknologier.