Saksalaisen Konstanzin yliopiston tutkimusryhmä on onnistunut ensimmäistä kertaa kehittämään yhden molekyylin kytkimen. Tutkijat kuvailevat syntetisoitua molekyyliään kuin kolmijalkaiseksi kuuhun laskeutuneeksi avaruusalukseksi.
Teoreettiset fyysikot Fabian Pauly ja Safa G. Bahoosh onnistuivat yhdessä kokeellisten fyysikoiden ja kemistien kanssa osoittamaan luotettavan yhdelle molekyylille toteutetun kytkimen, jonka toiminta on toistettavissa luotettavasti. Ratkaisu perustuu syntetisoituun molekyylin, jolla on erityisominaisuuksia.
Kolmijalkaiseksi kuuhun laskeutuneeksi avaruusalukseksi kuvatun kytkimen ”jalat” ovat ankkuriryhmä, jotka muodostavat vankat kontaktit pintaan - tässä tapauksessa kulta-alustaan. Sen ulokkeeseen sijoitettu nitriiliryhmä osoittaa ylöspäin ja on siten erillään siitä.
Toinen elektrodi eli tunnelointimikroskoopin kultakärki voi kytkeä ja ylläpitää kontaktin. Täten sähkövirta voi virrata molekyylin. Käyttämällä erittäin tarkkaa skannaavan tunnelointimikroskoopin tekniikkaa on mahdollista ensimmäistä kertaa mitata näin monimutkaisesta molekyylistä johtokyky. Kytkentäprosessiin tarvittava ohjaus väli on pikometrejä.
Nitriiliryhmän dipolimomentti eli sähköinen plus-miinus varaus tekee mekaanisen ohjauksen mahdolliseksi, mutta se mahdollistaa myös hallinnan sähkökenttien kautta. Positiivisen kentän kohdistuksella molekyylin pää painetaan alas ja negatiivisella se liikkuu ylöspäin.
Erityisesti tutkijat iloitsevat siitä, että heillä on nyt hyvin määritellyt on- ja off-tilat. Aiemmissa konsepteissa epäonnistuttiin usein, koska oli kovin vaikea hallita yksittäisten molekyylien sähköistä kontaktia. Siksi kontakteista saattoi tehdä vain tilastollisia tulkintoja.
Nyt ensimmäistä kertaa kontakti molekyylin ja tunnelointimikroskoopin kultakärjen välillä voitiin avata ja sulkea toistuvasti monta tuhatta kertaa sekä mekaanisesti että sähköisesti, aiheuttamatta plastisia muodonmuutoksia.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 23.3.2017
