Yhden molekyylin kytkin

Konstanzin yliopiston tutkimusryhmä esittelee molekyylikytkimen, jolla toistaiseksi vertaansa vailla oleva toistettavuus.

Teoreettiset fyysikot Fabian Pauly ja Safa G. Bahoosh ovat nyt onnistuneet yhdessä kokeellisien fyysikoiden ja kemistien kanssa osoittamaan luotettavan ja toistettavan yksittäisen molekyylin kytkimen.

Perusteena tälle kytkimelle on erityisesti syntetisoitu molekyyli, jolla on erityisominaisuuksia.

Tutkijat kuvailevat syntetisoitua molekyyliään kuin kolmijalkaiseksi kuuhun laskeutuneeksi avaruusalukseksi. Sen kolme "jalkaa" ovat ankkuriryhmä, jotka muodostavat vankat kontaktit pintaan - tässä tapauksessa kulta-alustaan. Nitriiliryhmä, sijoitettuna sen ulokkeeseen, osoittaa ylöspäin ja on siten erillään siitä.

Toinen elektrodi, tunnelointimikroskoopin kultakärki, voi kytkeä ja ylläpitää kontaktin. Täten sähkövirta voi virrata molekyylin. Käyttämällä erittäin tarkkaa skannaavan tunnelointimikroskoopin tekniikkaa, on mahdollista ensimmäistä kertaa mitata näin monimutkaisesta molekyylistä johtokyky. Kytkentäprosessiin tarvittava ohjaus väli on pikometrejä.

Nitriiliryhmän dipolimomentti eli sähköinen plus-miinus varaus, tekee paitsi mekaanisen ohjauksen mahdolliseksi, mutta myös hallinnan sähkökenttien kautta. Positiivisen kentän kohdistuksella molekyylin pää painetaan alas ja negatiivisella se liikkuu ylöspäin.

Erityisesti tutkijat iloitsevat, että heillä on nyt hyvin määritellyt on- ja off-tilat. Aiemmissa konsepteissa epäonnistuttiin usein, koska oli kovin vaikea hallita yksittäisten molekyylien sähköistä kontaktia ja siksi kontakteista saattoi tehdä vain tilastollisia tulkintoja.

Nyt ensimmäistä kertaa, kontakti molekyylin ja tunnelointimikroskoopin kultakärjen välillä voitiin avata ja sulkea toistuvasti monta tuhatta kertaa sekä mekaanisesti että sähköisesti, aiheuttamatta plastisia muodonmuutoksia.

Aiheesta aiemmin:

Molekyyli kytkimenä