Store fremskridt med billeddannelse af en enkelt-molekyle switch

Udvikling af fremtidige teknologier vil i høj grad blive hjulpet ved at forstå og udvinde karakteristika på molekylært niveau. En forskergruppe fra University of Tsukuba har etableret en tredimensionel sonde, der kan skildre skiftet af et enkelt molekyle mellem to forskellige konformationer, induceret af en mekanisk kraft.

Denne præstation er især opmuntrende på grund af de markant forskellige niveauer af ledningsevne af elektrisk ladning af molekylet i disse forskellige konformationer, som kunne bruges i enheder af molekylstørrelse.

Denne undersøgelse involverede binding af individuelle molekyler mellem to siliciumelektroder, skabe et robust "molekylært kryds". Ændring af afstanden mellem disse elektroder – med andre ord, at påføre forskellige niveauer af mekanisk kraft på de individuelle molekyler, der er knyttet mellem dem - viste, at den elektriske strøm, der blev ført af disse molekyler, ændrede sig. For et testet molekyle, den elektriske strøm ændrede sig gradvist, efterhånden som afstanden blev mindre eller større, som man kunne forvente. Imidlertid, for et andet molekyle, der skete en brat ændring i konduktansen, hvilket viste sig at svare til et skifte i dette molekyles samlede konformation.

"Vi skabte sådanne molekylære forbindelser for divinylbenzen og diethynylbenzen, " forklarer hovedforfatter Miki Nakamura fra Graduate School of Pure and Applied Sciences på University of Tsukuba. "Ved at bruge vores dynamiske sonde baseret på scanning tunneling mikroskopi, vi var i stand til at vise, at påføring af en mekanisk kraft på førstnævnte resulterede i en gradvis ændring i molekylets konduktans. Imidlertid, for diethynylbenzen, vi så konduktansen ændre sig dramatisk, som vi modellerede som et skifte fra en cis til en transformation og tilbage igen."

Dette arbejde bygger på tidligere undersøgelser, der med succes karakteriserede individuelle molekylers specifikke egenskaber, såsom fleksibilitet, og spin-egenskaber. Der var også tidligere forslag om, at pludselig skift i et molekyles konduktansniveau er relateret til dets evne til at skifte hurtigt mellem to forskellige, stabile konformationer. Imidlertid, Tsukuba-teamet er de første til direkte at afbilde disse ændringer.

Gruppeleder Dr. Shigekawa fra University of Tsukuba Faculty of Pure and Applied Sciences er begejstret for potentialet for denne nye udvikling. "Vores arbejde kan have udbredte implikationer for grundforskning i molekylers elektroniske egenskaber, såvel som til udvikling af molekylære maskiner, " siger han. "Evnen til at kombinere solid state-halvlederelektroder med organiske molekyler til denne type forbindelse øger potentialet for yderligere fremskridt inden for molekylær databehandling."