Saksalaisen Würzburgin yliopiston fyysikot ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet sijoittamaan orgaanisen molekyylin substraattiin ja toteuttaneet sillä kaksi vakaata tilaa. Tällä voi olla sovelluspotentiaalia molekylaarisessa spintroniikassa.
Molekyyli näyttää neljältä yhtä pitkältä varrelta, joiden risteyskohdassa on atomi. Kaikki atomit ovat yhdessä tasossa niin, että molekyyli on täysin tasomainen - ainakin normaalissa tilassa.
Würzburgin tutkijat ovat nyt onnistuneet manipuloimaan tätä molekyyliä kahteen pysyvästi eri tilaan käyttämällä erityistä kerrostumaa ja sähkökenttää. Tämä voisi tehdä molekyylistä sopivan eräänlaisena "molekyylikytkimenä" spintroniikkasovelluksille.
Tutkijat käyttivät molekyylikytkimensä rakentamiseen mangaani-ftalosyaniini -molekyyliä. Se on väriainetta, jota ei voida normaalisti vaihtaa. He asettivat molekyylikoosteen metallipinnalle, joka on koottu hopea- ja vismuttiatomeista.
Koska vismuttiatomit ovat paljon suurempia kuin hopea-atomit, niiden säännöllinen muodostelma luo metallipinnalle matalat vallit. Tämä rakenne tuottaa kahden vismuttialueen välin eräänlaisen kuivuneen joenuoman, jonka yli molekyyliyhdiste rakentaa sillan.
Molekyylille saatiin kytkentäominaisuus, kun sen keskellä olevaa mangaania lähestyttiin erittäin hienolla kärjellä ja sähkökentällä. Tällöin keskusatomi muutti asemaansa ja siirtyi hieman kohti metallista pintaa molekyylitasosta. - Näin molekyyli sai kaksi vakaata kytkentätilaa, toteaa tutkija Jens Kügel.
Fysikaalisesti molekyyli luo suuren magneettisen momentin johtuen sen keskusatomin aseman muutoksesta. Erityisen kvanttifysiikan ilmiöiden vuoksi tämä aseman muutos vaikuttaa koko molekyyliin, joka ilmaisee ulkoisesti erottuvia erilaisia magneettisia ominaisuuksia. Fyysikot viittaavat tähän Kondo-vaikutuksena.
Tavallisesti molekyylikytkimet syntetisoidaan luontaisesti vakaiksi useissa tiloissa. Tutkimus osoittaa, että toiminto voidaan luoda myös ei-kytkettävissä molekyyleissä manipuloimalla molekyyliympäristöä selektiivisesti, tutkijat selittävät tutkimustyönsä keskeistä tulosta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 9.1.2019
