Molekulárny rotor - spektrum vedy

Novinky: Molekulárny rotor

Experiment však demonštruje nielen koncept, ktorý by sa dal neskôr uplatniť v extrémne malých elektronických zariadeniach. Poskytla tiež informácie o povahe väzby vytvorenej pri adsorpcii molekuly kyslíka na povrch platiny a o tom, ako elektróny môžu spôsobiť pohyb molekuly. Platina sa často používa ako katalyzátor na urýchlenie oxidačných reakcií, napríklad pri následnom spracovaní výfukových plynov v automobiloch.

spektrum

Barry C. Stipe, Mohammad Rezaei a Wilson Ho z Cornellova univerzita podaná správa 18. marca 1998 na výročnom stretnutí Americká fyzická spoločnosť v Los Angeles z jej experimentu. Výsledky boli tiež prezentované v Veda zverejnená 20. marca 1998.

Pomocou „domáceho“ skenovacieho tunelovacieho mikroskopu (skenovací tunelový mikroskop, STM) s mimoriadnou presnosťou vedci vyslali malý elektrický prúd cez molekulu kyslíka, ktorý bol naviazaný na plochý platinový povrch. Systém sa ochladil na teplotu 8 Kelvinov, aby sa zabránilo náhodným molekulárnym pohybom.

Srdcom STM je ostrý bod v tvare ihly, ktorý sa drží menej ako miliardtinu metra nad skenovaným povrchom. Po pripojení napätia medzi povrchom a ihlou preteká veľmi malý elektrický prúd. Pri pohybe ihly za účelom skenovania povrchu sa jej výška upraví tak, aby prúdový prúd zostal konštantný. Počítač potom môže spracovať pohyby nahor a nadol a vytvoriť tak presný obraz povrchu, že jednotlivé atómy a molekuly sa javia ako hrčky alebo depresie. V nových experimentoch vedci tiež použili hrot na aplikáciu impulzov krátkeho napätia, aby sa jednotlivé molekuly otáčali.

Molekula kyslíka sa skladá z dvoch atómov kyslíka. Ak je adsorbovaný na platinovej doštičke, leží takmer na povrchu a jeden atóm je o niečo vyšší ako druhý. Os medzi dvoma atómami je preto mierne sklonená od povrchu. V tejto polohe sú elektróny častejšie na vrchu molekuly a obrázok STM zobrazuje molekulu v tvare hrušky.

Vedci umiestnili hrot STM priamo nad os medzi dva atómy molekuly kyslíka a použili napäťový impulz 0,15 voltu trvajúci asi 40 milisekúnd. Asi po 20 milisekundách zaznamenali miernu zmenu v „tunelovom prúde“ - ktorý bežne preteká medzi hrotom a povrchom. Táto zmena naznačila, že molekula prešla rotáciou. Snímky STM to potvrdili: Odhalili, že molekula sa po každej zmene prúdu otočila do nového orientačného bodu. Podľa Ho, keď je aplikované napätie, elektróny pohybujúce sa od špičky k molekule dodávajú molekule energiu. To spôsobí, že atómové jadrá sa presunú k jednej z troch možných stabilných pamiatok.

STM v Hoovom laboratóriu je možné ovládať tak presne, že prúd z hrotu mikroskopu môže smerovať nielen do jednej molekuly, ale dokonca aj do konkrétneho bodu na tejto molekule. Prúd je možné umiestniť s presnosťou 0,01 angstromu vertikálne a 0,1 angstromu horizontálne, vysvetľuje Ho. Angstrom je desať milióntin metra, čo je zhruba polovica atómového priemeru.

Počas napäťového impulzu preteká v každej z troch stabilných polôh molekuly iný prúd. „Počítač môže byť vyzvaný, aby zastavil napäťový impulz na určitej úrovni tunelového prúdu, aby molekula zostala na ľubovoľnom požadovanom mieste,“ tvrdia vedci. Podľa toho by sa dalo zafixovať molekulu v určitej polohe, aby sa mohli uchovávať informácie.

Tento portál prevádzkuje vydavateľstvo Heidelberg Spektrum der Wissenschaft. Jeho online a tlačené časopisy, ako napríklad „Spectrum of Science“, „Brain & Mind“ a „Spectrum - Die Woche“, informujú o aktuálnych výsledkoch výskumu.