Молекулярний ротор - спектр науки
Новини: Молекулярний ротор
Але експеримент не просто демонструє концепцію, яка згодом може бути застосована до надзвичайно малих електронних пристроїв. Він також надав інформацію про природу зв'язку, що утворюється при адсорбції молекули кисню на поверхні платини, і про те, як електрони можуть змусити молекулу рухатися. Платина часто використовується як каталізатор для прискорення реакцій окислення, наприклад, при дообробці вихлопних газів у автомобілях.
Barry C. Stipe, Mohammad Rezaei та Wilson Ho з Корнельський університет повідомлено 18 березня 1998 р. на щорічних зборах Американське фізичне товариство в Лос-Анджелесі з її експерименту. Результати також були представлені в Наука опубліковано 20 березня 1998 р.
Використовуючи "саморобний" скануючий тунельний мікроскоп (скануючий тунельний мікроскоп, STM) надзвичайної точності, дослідники передавали крихітний електричний струм через молекулу кисню, прив'язану до плоскої поверхні платини. Система була охолоджена до температури 8 Кельвінів, щоб запобігти випадковим молекулярним рухам.
Серце STM - це гостра голкоподібна точка, яка знаходиться менше, ніж на мільярді метрів над поверхнею, що підлягає скануванню. Коли подається напруга, між поверхнею та голкою протікає дуже малий електричний струм. Коли голку рухають для сканування поверхні, її висоту регулюють таким чином, щоб поточний потік залишався постійним. Потім комп’ютер може обробляти руху вгору та вниз, щоб побудувати картину поверхні настільки точно, що окремі атоми та молекули виглядають як удари чи западини. У нових експериментах дослідники також використовували наконечник для подачі коротких імпульсів напруги, щоб окремі молекули оберталися.
Молекула кисню складається з двох атомів кисню. Якщо він адсорбується на платиновій подушці, він лежить майже рівно на поверхні, причому один атом трохи вище іншого. Тому вісь між двома атомами трохи нахилена від поверхні. У цьому положенні електрони частіше знаходяться у верхній частині молекули, а на зображенні STM зображена молекула грушоподібної форми.
Дослідники розмістили кінчик STM безпосередньо над віссю між двома атомами молекули кисню і подали імпульс напруги 0,15 вольт, що тривав близько 40 мілісекунд. Приблизно через 20 мілісекунд вони помітили незначну зміну "тунельного струму" - який зазвичай протікає між верхівкою та поверхнею. Ця зміна показала, що молекула здійснила обертання. Зображення STM підтвердили це: вони виявили, що молекула оберталася до нової точки орієнтації після кожної зміни струму. За словами Хо, при подачі напруги електрони, що рухаються від кінчика до молекули, додають молекулі енергію. В результаті атомні ядра рухаються до одного з трьох можливих стабільних орієнтирів.
STM в лабораторії Хо можна контролювати настільки точно, що струм від кінчика мікроскопа може бути спрямований не тільки на одну молекулу, але навіть на певну точку на цій молекулі. Струм можна розташувати з точністю до 0,01 ангстрем по вертикалі та 0,1 ангстрем по горизонталі, пояснює Хо.
Під час імпульсу напруги в кожному з трьох стабільних положень молекули протікає різний струм. "Комп'ютеру можна доручити зупинити імпульс напруги при певному значенні тунельного струму, щоб молекула залишалася в будь-якому бажаному місці", - заявили дослідники. Відповідно до цього, можна було зафіксувати молекулу в певному положенні, щоб зберігати інформацію.
Цей портал працює у видавництві «Heidelberg Spektrum der Wissenschaft». Його інтернет-і друковані журнали, включаючи "Спектр науки", "Мозок і дух" та "Спектр - Die Woche", повідомляють про поточні результати досліджень.