Väikseim mõeldav lüliti: suunatud prootoni ülekanne molekulis
Lüliti tööpõhimõttes on otsustav üksiku footoni asukoht porfüriinirõngas, mille sisemine läbimõõt on vähem kui pool nanomeetrit. Füüsikud suudavad esile kutsuda neli eristuvat seisundit, kirjutab Fyysika.ee.
Porfüriinid on rõngakujulised molekulid, mis võivad oma struktuuri paindlikult muuta, mistõttu need on kasulikud eri rakendustes.
Tetrafenüülporfüriin pole siin erand: sellel on komme võtta sadula kuju ning selle funktsionaalsus ei ole piiratud ka metallpinnale ankurdatud olles. Molekulis on kaks vesiniku aatomit, mis võivad asukohta muuta – kummalgi on võimalik teha kaks ümberpaigutust. Toatemperatuuril toimub see protsess jätkuvalt ja ülikiiresti.
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 põhjusel, et seda on võimalik kasutada algsete ja lõplike seisundite määramiseks ning 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 algataja.
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.
(Foto: Knud Seufert / Technische Universitaet Muenchen)
Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!