Tricky feat med stand-up molekyle

I de seneste årtier har forskere har været i stand til at producere strukturer fra enkeltatomer. Et af de første eksempler blev præsenteret af D. M. Eigler og E. K. Schweizer i 1990 i Natur , et lille IBM -logo dannet af blot et par xenonatomer fremstillet med et scanningsprobesmikroskop. Men selv i dag, næsten 30 år senere, vi er stadig langt fra at fremstille nanostrukturer direkte fra komplekse molekyler. Selvom molekyler er meget større end atomer, de er meget vanskeligere at kontrollere. "Med atomer, orienteringen er ikke vigtig. Men molekyler har en bestemt form. For eksempel, orienteringen, hvori de klæber til en overflade eller til mikroskopets spids, er vigtig, "siger prof. Stefan Tautz, institutleder ved Forschungszentrum Jülich.

I den peer-reviewed journal Natur , gruppen under ledelse af Dr. Ruslan Temirov på Tautz's institut præsenterer nu et nyt gennembrudsforsøg, hvor de med succes orienterede et trombocytformet PTCDA-molekyle, som er strukturelt relateret til grafen, som ønsket. For at gøre det, forskerne brugte spidsen af ​​et scanningsprobesmikroskop til at fastgøre to sølvatomer til kanterne af molekylet, som de derefter løftede op til den stod oprejst på den lille sølvplatform.

"Indtil nu, det blev antaget, at molekylet ville vende tilbage til sin foretrukne position og ligge fladt på overfladen. Men det er ikke tilfældet. Molekylet er overraskende stabilt i opretstående retning. Selv når vi skubber det med spidsen af ​​mikroskopet, den falder ikke om; det svinger simpelthen tilbage igen. Vi kan kun spekulere i årsagen til dette, "siger Dr. Taner Esat, første forfatter til undersøgelsen.

Arbejdet er et vigtigt skridt i udviklingen af ​​nye produktionsteknikker med enkeltmolekyler. I løbet af historien, mennesker har lært at kontrollere verden på stadig mindre skalaer. Det endelige mål er at være i stand til at fremstille vilkårlige molekylære arkitekturer. Dette ville indebære samling af nanostrukturer direkte fra enkeltmolekyler, lidt som Lego. Ansøgningspotentialet ville være ubegrænset. Nanoelektronik, i særdeleshed, ville drage fordel af de helt nye muligheder for at realisere grundlæggende funktionaliteter, såsom logik, hukommelse, sensor, og forstærkerkredsløb.

"I den makroskopiske verden, produktionsprocesser er meget sofistikerede. På et mindre niveau, vi er endnu ikke helt så avancerede. Naturen er langt foran os der, "forklarer Stefan Tautz. I levende celler, molekyler dannes efter selvsamlingsmekanismen, i henhold til deres molekylære egenskaber. Forskere ved Jülichs Peter Grünberg Institute (PGI-3) sigter mod at gå ud over dette naturlige paradigme. Med deres forskning, de håber at være banebrydende for en fremstillingsteknologi, der ikke er begrænset til et par forudbestemte strukturer, men vil muliggøre den i det væsentlige frie oprettelse af strukturer på nanoskalaen.

"Tag biler, computere, og huse, for eksempel. Fordi naturen ikke skaber dem spontant, alle disse ting skal samles af os - enten manuelt eller ved hjælp af maskiner. Og det er præcis det, vi har gjort på niveau med enkelte molekyler i dette eksperiment:med vores hænder, vi producerede en kunstig metastabil struktur, der desuden tilbyder en bestemt ønsket funktionalitet, ”siger Stefan Tautz.

Forskerne brugte allerede med succes stand-up-molekylet som en elektronkilde, der udsender enkelte elektroner. Elektronens bølgefunktion af denne slags elektronkilde er forudbestemt af molekylets kemiske egenskaber. Sådanne elektronkilder kan bruges, for eksempel, til applikationer inden for holografi, som bruger de udsendte elektroners bølgetegn til billeddannelse. Takket være eksperimenter som dette, forskere forventer nu et produktivt samspil mellem fremstilling af usædvanlige strukturer og nye funktionaliteter.

Håndkontrol og sonder til mikroskoper

Det nuværende forskningsresultat blev forudgået af flere videnskabelige fremskridt. I løbet af de sidste par år, f.eks., Det lykkedes Jülich -forskere selektivt at plukke enkeltmolekyler fra aggregater og lag. Gruppen under ledelse af Dr. Ruslan Temirov arbejder også på at forbedre kontrasten og opløsningen af ​​mikroskoper ved hjælp af enkeltatomer og molekyler som prober. Til dette formål, enkelte molekyler eller atomer er knyttet som en sensor til spidsen af ​​mikroskopet. Disse forbedrer derefter dramatisk den opløsning, hvormed strukturer og endda elektriske felter kan afbildes.