CEMES laboratorijos Tulūzoje (Prancūzija) tyrėjams pavyko atrasti molekulę, kurios krūvinę būseną ir pavidalą galima lengvai keisti – tai didelis žingsnis nanotechnologijų mažinimo lenktynėse.
Mokslininkai taip pat aptiko ryšį tarp molekulės krūvio ir jos geometrinio pavidalo, todėl šį nanodarinį galima panaudoti kaip informacijos vienetą bitą arba nanometrinio mastelio elektromechaninę sistemą. Naujieji atradimai gali padėti sukurti ultratalpias skaitmenines atmintines arba nanovariklius. Tyrėjų darbas publikuotas „Physical Review Letters“ žurnale.
Tai, ką sukūrė CEMES laboratorijos Tulūzoje tyrėjai, yra vadinama molekuliniu jungikliu: molekulė, kuri veikiant išoriniams dirgikliams gali pakaitomis būti būsenoje A arba būsenoje B. Šio specifinio eksperimento metu dvi būsenos atitinka skirtingas molekulines geometrijas: struktūra išlieka tokia pati, kinta tiktai pavidalas. Tam, kad pokytis būtų sukeltas, molekulei reikia prisijungti elektroną, kuris ir sudaro išorinį dirgiklį. Pridėjus elektroną susidaro papildoma stūmos jėga, priverčianti tam tikrus atomus pasislinkti, todėl molekulės forma iš plokščio kvadrato tampa labiau panaši į tūrinę piramidę.
Žiūrint iš techninės pusės, ši operacija galima tiktai naudojant skenuojantį tunelinį mikroskopą. Šis įrenginys tarnauja ir kaip kamera, parodanti molekulės pavidalą, ir kaip elektronų donoras: kuomet mikroskopo adatėlė patiekia elektrinę įtampą, molekulė gauna elektroną ir pakeičia savo pavidalą, tapdama piramidiška. Šis procesas yra visiškai grįžtamas: kuomet patiekiama atvirkštinė įtampa, molekulė netenka papildomo elektrono ir atgauna savo pradinį plokščią pavidalą bei elektrinį neutralumą. CEMES laboratorijos tyrėjai, naudodami atominės jėgos mikroskopą, išmatavo abiejų molekulės konfigūracijų krūvinę būseną. Taip mokslininkai nustatė artimą molekulės krūvio ir jos geometrinės formos ryšį.
Šis molekulinis jungiklis atveria plačias galimybes, pavyzdžiui, kalbama apie elementariųjų atmintinių blokų sintezę, atliekamą molekuliniu masteliu. Molekulės savybė išlaikyti krūvį ir jo netekti esant išoriniam dirgikliui gali būti panaudota koduojant dvejetainę informaciją. Be molekulinės elektronikos taikymo sričių šis jungiklis dėl savo geometrijos transformacijų tiktų nanomašinų gamybai.
Iliustracijoje: viršuje yra vaizdai, gauti skenuojančiu tuneliniu mikroskopu, parodantys molekulinio jungiklio veikimą. Apačioje yra diagramos, vaizduojančios molekulės geometriją kaip jos krūvinės būsenos funkciją. Kairėje yra dvi elektriškai neutralios, plokščios kvadrato pavidalo molekulės, kurių matmenys siekia apie 1 nanometrą. Kuomet (kairėje) 2 voltų įtampos mikroskopo adatėlė nukreipiama virš molekulės, ši įgauna papildomą elektroną ir pakeičia savo pavidalą į piramidiškąjį (centre). Toks pokytis yra visiškai grįžtamas: kuomet patiekiama atvirkštinė įtampa, molekulė tampa neutrali ir atgauna pradinę savo formą (dešinėje).
