مولکولی که روشن و خاموش می‌شود

یک مولکول منفرد که حالت بار و شکل آن به طور دلخواه می‌تواند تغییر کند، جدیدترین اختراع دانشمندان در فرانسه است. پژوهشگران مذکور علاوه بر کنترل بار این مولکول با یک روش کاملاً برگشت پذیر، توانستند ارتباط بین بار مولکول و شکل هندسی آن را آشکار سازند، که باعث می‌شود مانند یک بیت اطلاعاتی یا یک سیستم الکترومکانیکی در مقیاس نانومتری قابل استفاده باشد. این حرکت عقب- و- جلوی کاملا قابل کنترل در سطح مولکولی امید زیادی برای خلق حافظه‌های دیجیتالی فراچگال یا نانوموتورها بوجود آورده است.

چیزی که این پژوهشگران توسعه داده‌اند یک سوئیچ مولکولی نامیده می‌شود: مولکولی که به طور قابل تعویض حالت A یا حالت B را تحت اعمال محرک‌های خارجی به خود می‌گیرد. در این آزمایش خاص، این دو حالت متناظر هستند با هندسه‌های مختلف مولکولی – ترکیب ثابت است ولی شکل تغییر می‌کند. برای ایجاد تغییرشکل، یک الکترون باید به این مولکول اضافه شود، که همان محرک خارجی است. همچین افزودن یک الکترون موجب ایجاد یک نیروی دافعه مازاد می‌شود که باعث می‌گردد اتم‌های معین از همدیگر بیشتر دور شوند و شکل مولکول از یک پیکربندی مربعی تخت به یک پیکربندی هرمی حجیم تبدیل گردد.

از دیدگاه فنی، این عمل با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) امکانپذیر است. STM هم به مانند دوربین برای مشاهده شکل مولکول عمل می‌کند و هم به مانند ابزاری برای تزریق الکترون‌ها: هنگامی که نوک میکروسکوپ یک تنش الکتریکی اعمال کند مولکول یک الکترون کسب کرده و تغییر شکل می‌دهد و هرمی می‌گردد. فرایند کاملا برگشت‌پذیر است: هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال شود مولکول الکترون را آزاد کرده و مجددا به حالت تخت با بار خنثی بر می‌گردد.

این پژوهشگران با استفاده از میکرسکوپ نیروی اتمی (AFM) حالت بار مولکول را در هر دو پیکربندی اندازه‌گیری کردند و توانستند ارتباط نزدیکی بین بار مولکول و شکل هندسی آنرا برقرار کنند.

این سوئیچ دری بسوی کاربردهای بیشماری مانند ساخت واحدهای حافظه عنصری در مقیاس مولکولی باز می‌کند.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان “کنترل حالت بار یک سوئیچ مولکولی ردوکس منفرد” در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر کرده‌اند.