گروهی از محققان آمریکایی با استفاده از ویژگی‌های مکانیکی مولکول‌ها روش خلاقانه‌ای برای کنترل رسانایی مولکول‌های منفرد ابداع کرده‌اند.
دستکاری رسانایی الکتریکی مولکول‌ها
نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap
نونگ‌جیان تائو، یکی از محققان موسسه طراحی زیستی در
دانشگاه ایالتی آریزونا با استفاده از ویژگی‌های مکانیکی مولکول‌ها روش
خلاقانه‌ای برای کنترل رسانایی مولکول‌های منفرد ابداع کرده است.
چنین کنترلی می‌تواند نقش مهمی در طراحی ابزارهای الکتریکی بسیار کوچک که
دارای عملکردهای مختلفی همچون حسگری شیمیایی و زیستی و ذخیره اطلاعات
رایانه‌ای هستند، ایفا کند. تائو رهبری یک گروه پژوهشی را بر عهده دارد که
زمینه کاری اصلی آنها، غلبه بر مشکلاتی است که در مسیر تولید ابزارهای
الکتریکی بسیار کوچک وجود دارد. به‌طور معمول در مقیاس‌های بسیار ریز اثرات
کوانتومی تعیین‌کننده رفتار ابزارها هستند. همانگونه که تائو می‌گوید یکی
از این مشکلات تعریف و کنترل رسانایی الکتریکی یک مولکول منفرد است که به
دو الکترود طلا متصل شده است.
او توضیح می‌دهد: «برخی مولکول‌ها بر خلاف مواد مبتنی بر سیلیکون ویژگی‌های
الکترومکانیکی غیرعادی دارند. یک مولکول همچنین می‌تواند مولکول‌های دیگر
را از طریق برهمکنش‌های خاص شناسایی کند». طراحان ابزارهای نانومقیاس
می‌توانند از این ویژگی‌های منحصر به فرد بهره ببرند.
در این تحقیق ویژگی‌های الکترومکانیکی مولکول‌های منفردی که بین دو الکترود
قرار گرفته‌اند، بررسی شده است. زمانی که یک اختلاف پتانسیل بین دو الکترود
اعمال می‌شود، می‌توان جریان الکتریکی ایجاد شده را اندازه گرفت. در این
پژوهش مولکول خاصی به نام پنتافنیلن استفاده شده و رسانایی الکتریکی آن
مورد مطالعه قرار گرفت.
گروه تائو توانست به سادگی و با تغییر جهت‌گیری مولکول‌ها نسبت به سطح
الکترودها، رسانایی الکتریکی آنها را تا ده برابر تغییر دهد. به‌طور خاص
شیب مولکول‌ها نسبت به الکترودها تغییر داده شده و مشاهده گردید که با کاهش
فاصله میان الکترودها، رسانایی افزایش می‌یابد. بیشترین رسانایی زمانی به
دست آمد که مولکول با زاویه ۹۰ درجه بین الکترودها قرار گرفت.
به احتمال زیاد دلیل این تغییرات شدید رسانایی، اوربیتال‌های pi مولکول‌ها
و برهمکنش آنها با اوربیتال‌های الکترونی الکترودها می باشد. اوربیتال‌های
pi به‌صورت ابرهای الکترونی در دو طرف صفحه مولکول و به‌صورت عمود بر آن
قرار دارند. زمانی که زاویه مولکول قرار گرفته میان دو الکترود تغییر
می‌یابد، این اوربیتال‌ها می‌توانند با اوربیتال‌های الکترونی الکترودهای
طلا تماس پیدا کنند که این پدیده به نام «کوپلینگ چانبی» نامیده می شود.
این کوپلینگ جانبی اوربیتال‌ها باعث افزایش رسانایی می‌شود.
جزئیات این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
