Et molekyle, der tænder og slukker

Et enkelt molekyle, hvis ladningstilstand og form kan ændres efter behag:Det seneste gennembrud på CEMES skulle vise sig at være en vigtig fordel i kapløbet om miniaturisering. Ud over at kontrollere dens ladning på en fuldstændig reversibel måde, forskerne har afsløret en sammenhæng mellem molekylets ladning og dets geometriske form, effektivt at gøre det anvendeligt som en smule information eller et elektromekanisk system på en nanometrisk skala. Denne perfekt kontrollerbare frem-og-tilbage-bevægelse på molekylært niveau lover meget for skabelsen af ​​ultratæt digital hukommelse eller nanomotorer. Holdets resultater offentliggøres i Fysiske anmeldelsesbreve .

Det, som forskerne ved CEMES i Toulouse har udviklet, kaldes en molekylær switch:et molekyle, der i flæng kan indtage tilstand A eller tilstand B under påvirkning af en ekstern stimulus. I dette specifikke eksperiment, de to tilstande svarer til forskellige molekylære geometrier:sammensætningen forbliver den samme, men formen ændres. For at fremkalde forandringen, en elektron skal tilføjes til molekylet, som udgør den ydre stimulus. Tilføjelse af en elektron introducerer også en ekstra frastødende kraft, få visse atomer til at trække længere væk fra hinanden og ændre molekylets form fra en flad, kvadratisk konfiguration til en mere voluminøs pyramideformet konfiguration.

Fra et teknisk synspunkt, operationen er muliggjort ved brug af et scanning tunneling microscope (STM). STM fungerer både som et kamera til at afsløre molekylets form og som et værktøj til at indsprøjte elektroner:når mikroskopets spids påfører en elektrisk spænding, molekylet får en elektron og ændrer form, bliver pyramideformet. Processen er fuldstændig reversibel:når der påføres en omvendt spænding, molekylet frigiver elektronen og genvinder en flad form og neutral ladning. CNRS-forskerne har målt molekylets ladningstilstand i begge konfigurationer ved hjælp af et atomkraftmikroskop (AFM), dermed etablere den tætte forbindelse mellem molekylets ladning og dets geometriske form.

Denne kontakt åbner vejen for adskillige applikationer, herunder syntese af elementære hukommelsesenheder på molekylær skala. Molekylets kapacitet til at holde en ladning og frigive den efter behov kunne bruges til at kode binær information. Ud over anvendelser inden for molekylær elektronik, det ville være muligt at bruge molekylets geometriske transformation til at fremstille en nanomaskine. Styring af ladningsoverførslen, der bestemmer den geometriske transformation, kunne tillade oprettelsen af ​​en stepmotor, for eksempel.