Molekuláris rotor - a tudomány spektruma
Hírek: Molekuláris rotor
De a kísérlet nem csak egy olyan koncepciót mutat be, amelyet később rendkívül kicsi elektronikus eszközökben is alkalmazni lehet. Információt adott arról is, hogy milyen jellegű kötés keletkezik, amikor egy oxigénmolekula adszorbeálódik a platina felületére, és arról, hogy az elektronok miként mozdíthatják el a molekulákat. A platinát gyakran használják katalizátorként az oxidációs reakciók felgyorsítására, például az autó kipufogógáz-utókezelésében.
Barry C. Stipe, Mohammad Rezaei és Wilson Ho Cornell Egyetem beszámolt 1998. március 18 - án az éves ülésén Amerikai Fizikai Társaság Los Angelesben kísérletéből. Az eredményeket szintén bemutatták Tudomány megjelent 1998. március 20-án.
"Házi" pásztázó alagútmikroszkóp (pásztázó alagútmikroszkóp, STM) kivételes pontossággal a kutatók apró elektromos áramot küldtek egy oxigénmolekulán keresztül, amely egy lapos platinafelülethez volt kötve. A rendszert 8 Kelvin hőmérsékletre hűtöttük a véletlenszerű molekulamozgások elkerülése érdekében.
Az STM szíve egy éles, tű alakú pont, amely kevesebb, mint egy milliomod métert tart a beolvasandó felület felett. Amikor feszültséget adunk, nagyon kicsi elektromos áram folyik a felület és a tű között. A tű mozgatásával a felület letapogatásához a magasságát úgy állítjuk be, hogy az áramáram állandó maradjon. Ezután a számítógép feldolgozhatja a felfelé és lefelé irányuló mozgásokat, hogy olyan pontos képet alkosson a felületről, hogy az egyes atomok és molekulák dudorokként vagy mélyedésekként jelennek meg. Az új kísérletek során a kutatók a csúcs segítségével rövid feszültségimpulzusokat is alkalmaztak, így az egyes molekulák elfordultak.
Az oxigénmolekula két oxigénatomból áll. Ha platina párnán adszorbeálódik, akkor szinte síkban fekszik a felszínen, az egyik atom valamivel magasabb, mint a másik. A két atom közötti tengely tehát kissé elhajlik a felszíntől. Ebben a helyzetben az elektronok gyakrabban vannak a molekula tetején, és az STM képen körte alakú molekula látható.
A kutatók az STM hegyét közvetlenül az oxigénmolekula két atomja közötti tengely fölé helyezték, és 0,15 voltos feszültségimpulzust alkalmaztak 40 milliszekundum körül. Körülbelül 20 milliszekundum után enyhe változást észleltek az "alagút áramában" - amely általában a csúcs és a felszín között folyik. Ez a változás azt jelezte, hogy a molekula forgást hajtott végre. Az STM képek ezt megerősítették: Kiderítették, hogy a molekula az áram minden egyes változása után új orientációs ponthoz forgott. Ho szerint feszültség alkalmazásakor a csúcstól a molekuláig mozgó elektronok energiát adnak a molekulához. Ennek eredményeként az atommagok a három lehetséges stabil tereptárgy egyikére mozognak.
A Ho laboratóriumában lévő STM olyan pontosan szabályozható, hogy a mikroszkóp csúcsából származó áram nemcsak egyetlen molekulára, hanem akár a molekula egy adott pontjára is irányulhasson. Az áram vertikálisan 0,01 angstrom és vízszintesen 0,1 angström pontossággal helyezhető el - magyarázza Ho. Az angström tízmilliárdméter, ami nagyjából fele atomátmérő.
A feszültségimpulzus során a molekula három stabil helyzetében mind más-más áram folyik. "A számítógép utasítható, hogy állítsa le a feszültségimpulzust az alagút áramának egy bizonyos szintjén, hogy a molekula a kívánt helyen maradjon" - mondták a kutatók. Eszerint egy molekulát rögzíteni lehet egy bizonyos helyzetben az információk tárolása érdekében.
A Heidelberg Spektrum der Wissenschaft kiadó üzemelteti ezt a portált. Online és nyomtatott magazinjai, köztük a „Spectrum of Science”, a „Brain & Mind” és a „Spectrum - Die Woche”, a jelenlegi kutatási eredményekről számolnak be.