Pikka aega on miniaturiseerimine olnud võlusõnaks elektroonikas. Dr. Willi Auwaerter ja professor Johannes Barth koostöös oma füüsikute meeskonnaga Müncheni Tehnikaülikoolist esitasid nüüd ajakirjale Nature Nanotechnology uurimustöö uudsest molekulaarsest lülitist. Lüliti tööpõhimõttes on otsustavaks üksiku footoni asukoht porfüriini rõngas, mille sisemine läbimõõt on vähem kui pool nanomeetrit. Füüsikud on võimelised esile kutsuma neli eristuvat seisundit.
Porfüriinid on rõngakujulised molekulid, mis võivad oma struktuuri paindlikult muuta, mistõttu on nad kasulikud rea rakenduste tarbeks. Tetrafenüülporfüriin pole siin erandiks: sellel on komme võtta sadula kuju ning selle funktsionaalsus ei ole piiratud ka metallpinnale ankurdatud olles. Molekulis on kaks vesiniku aatomit, mis võivad oma asukohta muuta – kummalgi on võimalik teha kaks ümberpaigutust. Toatemperatuuril toimub see protsess jätkuvalt ja ülikiiresti, vahendab Physorg.com.
Müncheni Tehnikaülikooli füüsikud lõid üksikul porfüriini rõngal põhineva nanolüliti. Kui eemaldada üks kahest rõngas asuvast prootonist, võib alles jääv protoon võtta ühe neljast asendist. Pilt: Knud Seufert / Technische Universitaet Muenchen
Oma katse käigus surusid teadlased selle spontaanse liikumise maha näidist jahutades. See võimaldas neil skaneeriva tunneleeriva mikroskoobi (STM) abil esile kutsuda ja vaadelda tervet protsessi üksikus molekulis. See mikroskoop oli ülesande täitmiseks eriti sobilik seetõttu, et seda on võimalik kasutada algsete ja lõplike seisundite määramiseks ning see võimaldab füüsikutel otseselt kontrollida vesiniku aatomeid. Katse käigus eemaldasid teadlased ühe kahest porfüriini rõngas asuvast prootonist. Alles jääv prooton võis nüüd võtta üks kõik missuguse neljast asukohast. Mikroskoobi peenest tipust leviv üliväike elektrivool stimuleeris prootoni ülekannet, seades protsessile kindla paigutuse.
Kuigi vesiniku aatomite vastavad asendid ei mõjuta molekuli põhistruktuuri ega ka molekuli sidet metallpinnaga, pole saavutatavad seisundid samased. See väike, kuid oluline erinevus koos tõsiasjaga, et protsessi on võimalik korrata, on aluseks lülitusele, mille seisundit võib muuta kuni 500 korda sekundis. Üksik tunneleeritud elektron on prootoni ülekande algatajaks.
Molekulaarse lüliti pindala moodustab vaid ühe ruut-nanomeetri – see on väikseim seniloodud lülititest. Füüsikud on oma esitlusest põnevil ja on õnnelikud uute vihjete üle prootoni ülekande mehhanismi tagamaadele.
Teadusartikkel: ,,A surface-anchored molecular four-level conductance switch based on single proton transfer“