رونمایی از ریزترین سوئیچ دنیا

پژوهشگرانی از آلمان ادعا می‌کنند که کوچکترین سوئیچ مولکولی دنیا را با
تکیه بر حرکت فقط یک پروتون ساخته‌اند. این سوئیچ می‌تواند به دانشمندان در
توسعه الکترونیک مولکولی برای افزاره‌های محاسباتی فراکوچک کمک کند.

مولکول‌ها از دیرباز بعنوان مولفه‌های مداری جایگزین ارائه شده‌اند. در سال
1974، پژوهشگران IBM توضیح دادند که چطور یک مولکول منفرد می‌تواند جریان
را فقط در یک سمت عبور دهد، درنتیجه مانند یک دیود رفتار کند، و از همان
زمان مولفه‌های متنوع دیگر مانند ترانزیستورها و سوئیچ‌ها مطرح شدند. از
لحاظ نظری، الکترونیک تک مولکولی باید از مشابه سیلیکونی آن کوچکتر باشد، و
ممکن است توان مصرفی کمتری نیاز داشته باشد.

 

اکنون ویلهلم آوارتر و همکارانش از دانشگاه صنعتی مونیخ، در نمایش افق‌های دوردست
الکترونیک مولکولی، چیزی را خلق کرده‌اند که به ادعای خودشان کوچکترین سوئیچ تا به
امروز است. این سوئیچ مولکولی مبتنی بر تترافنیل – پورفیرین است. این مولکول یک
مولکول حلقوی شکل است که دارای چهار جایگاه پیوندی در وسط می‌باشد. دو تا از این
جایگاه‌ها می‌توانند در هر لحظه با یک جفت پروتون در پیکربندی شمال – جنوب یا شرق –
غرب اشغال شوند. در دمای اتاق، این پروتون‌ها به اختیار خودشان بین این دو پیکربندی
حرکت می‌کنند، ولی این پژوهشگران با سرد کردن این مولکول پورفیرین تا دما 6 درجه
کلوین، پروتون‌ها را در فقط یکی از پیکربندی‌ها قرار داده و سپس با استفاده از
جریان الکتریکی اعمالی از نوک یک میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM) آن را بطور دلخواه
تغییر دادند.

هنگامی که این مولکول پورفیرین روی سطح نقره جذب می‌شد، یک شکل منحنی‌وارِ زینی
بخود می‌گرفت، که باعث تغییر رسانایی این دو پیکربندی پروتونی می‌گردید. با این روش،
گروه آوارتر توانست فقط با سوئیچ پروتون‌ها بین شمال – جنوب و شرق – غرب رسانایی
مولکول را با نوک STM بین دو حالت سوئیچ کند. نکته دیگر اینکه، هنگامی که این
پژوهشگران یکی از پروتون‌ها را با STM برداشتند، و یکی را باقی گذاشتند، توانستند
بین چهار حالت رسانایی سوئیچ کنند: شمال، جنوب، شرق، و غرب.

ساو- وای هلا، که متخصص سوئیچ‌های تک‌مولکولی از دانشگاه اوهایو است، فکر می‌کند که
این کار یک نمایش جالب است، زیرا این مولکول در طول فرآیند سوئیچ شکل طبیعی خود را
از دست نمی‌دهد.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology
منتشر کرده‌اند.