Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi

Ensimmäistä kertaa Würzburgin yliopiston fyysikot ovat onnistuneet sijoittamaan orgaanisen molekyylin substraattiin ja toteuttaneet sillä kaksi vakaata tilaa. Tällä voi olla sovelluspotentiaali molekylaarisessa spintroniikassa.

Molekyyli näyttää neljältä yhtä pitkältä varrelta, joiden risteyskohdassa on atomi. Kaikki atomit ovat yhdessä tasossa niin, että molekyyli on täysin tasomainen - ainakin normaalissa tilassa.

Würzburgin yliopiston fyysikot ovat nyt onnistuneet manipuloimaan tätä molekyyliä kahteen pysyvästi eri tilaan käyttämällä erityistä kerrostumaa ja sähkökenttää. Tämä voisi tehdä molekyylistä sopivan eräänlaisena "molekyylikytkimenä" spintroniikkasovelluksille.

Tutkijat käyttivät molekyylikytkimensä rakentamiseen mangaani ftalosyaniini molekyyliä. Se on väriainetta, jota ei voida normaalisti vaihtaa. He asettivat molekyylikoosteen metallipinnalle, joka on koottu hopea- ja vismuttiatomeista.

Koska vismuttiatomit ovat paljon suurempia kuin hopea-atomit, niiden säännöllinen muodostelma luo metallipinnalle matalat vallit. Tämä epäsäännöllisyys tuottaa kahden vismuttialueen välin eräänlaisen kuivuneen joenuoman, jonka yli molekyyliyhdiste rakentaa sillan.

Molekyylille saatiin kytkentäominaisuus kun sen keskellä olevaa mangaania lähestyttiin erittäin hienolla kärjellä ja sähkökentällä. Tällöin keskusatomi muutti asemaansa ja siirtyi hieman kohti metallista pintaa molekyylitasosta. "Näin molekyyli sai kaksi vakaata kytkentätilaa", toteaa Jens Kügel.

Fysikaalisesti molekyyli luo suuren magneettisen momentin johtuen sen keskusatomin aseman muutoksesta. Erityisen kvanttifysiikan ilmiöiden vuoksi tämä aseman muutos vaikuttaa koko molekyyliin, joka ilmaisee ulkoisesti erottuvia erilaisia magneettisia ominaisuuksia. Fyysikot viittaavat tähän Kondo-vaikutuksena.

Tavallisesti molekyylikytkimet syntetisoidaan luontaisesti vakaiksi useissa tiloissa. "Olemme nyt osoittaneet, että tämä toiminto voidaan luoda myös ei-kytkettävissä molekyyleissä manipuloimalla molekyyliympäristöä selektiivisesti", Kügel ja Sangiovanni selittävät tutkimustyönsä keskeistä tulosta.

Fyysikot ovat siten kehittäneet uuden konseptin rakentaa molekyylikytkimet, jotka heidän mielestä avaa uusia suunnittelumahdollisuuksia molekyylielektroniikassa tulevaisuudessa.

Aiheesta aiemmin:

Yhden molekyylin kytkin

Molekyylirobotti ja lego-hiukkasia