Молекулен ротор - спектър на науката
Новини: Молекулярен ротор
Но експериментът не само демонстрира концепция, която по-късно може да бъде приложена в изключително малки електронни устройства. Той също така предоставя информация за естеството на връзката, образувана, когато молекула кислород се адсорбира върху платинена повърхност и как електроните могат да накарат молекулата да се движи. Платината често се използва като катализатор за ускоряване на окислителните реакции, например при последваща обработка на отработените газове в автомобилите.
Barry C. Stipe, Mohammad Rezaei и Wilson Ho от Университет Корнел докладвано на 18 март 1998 г. на годишната среща на Американско физическо общество в Лос Анджелис от нейния експеримент. Резултатите бяха представени и в Наука публикувано на 20 март 1998 г.
Използване на "домашен" сканиращ тунелен микроскоп (сканиращ тунелен микроскоп, STM) с изключителна прецизност, изследователите изпращат малък електрически ток през молекула кислород, свързана към плоска платинена повърхност. Системата беше охладена до температура от 8 Келвина, за да се предотвратят случайни молекулярни движения.
Сърцето на STM е остра, с форма на игла, държана на по-малко от милиардна част от метъра над сканираната повърхност. При подаване на напрежение между повърхността и иглата протича много малък електрически ток. Докато иглата се движи, за да сканира повърхността, нейната височина се регулира така, че текущият поток да остане постоянен. След това компютър може да обработва движенията нагоре и надолу, за да изгради толкова точно изображение на повърхността, че отделни атоми и молекули да изглеждат като подутини или вдлъбнатини. В новите експерименти изследователите също са използвали върха, за да прилагат импулси с късо напрежение, така че отделните молекули да се въртят.
Молекулата на кислорода се състои от два кислородни атома. Ако е адсорбирано върху платинена подложка, то лежи почти плоско на повърхността, като единият атом е малко по-висок от другия. Следователно оста между двата атома е леко наклонена от повърхността. В това положение електроните са по-често в горната част на молекулата, а STM изображението показва крушовидна молекула.
Изследователите са позиционирали върха на STM точно над оста между двата атома на кислородната молекула и са подали импулс на напрежение от 0,15 волта с продължителност около 40 милисекунди. След около 20 милисекунди те забелязаха лека промяна в "тунелния ток" - който обикновено тече между върха и повърхността. Тази промяна показва, че молекулата е направила ротация. STM изображенията потвърдиха това: те разкриха, че молекулата се завърта до нова ориентационна точка след всяка промяна в тока. Според Хо, когато се прилага напрежение, електроните, движещи се от върха към молекулата, добавят енергия към молекулата. В резултат на това атомните ядра мигрират към една от трите възможни стабилни ориентири.
STM в лабораторията на Хо може да се контролира толкова точно, че токът от върха на микроскопа може да бъде насочен не само към единична молекула, но дори към определена точка на тази молекула. Токът може да бъде позициониран с точност до 0,01 ангстрема вертикално и 0,1 ангстрема хоризонтално, обяснява Хо.
По време на импулс на напрежение във всяка от трите стабилни позиции на молекулата протича различен ток. „Компютърът може да бъде инструктиран да спре импулса на напрежението при определено ниво на тунелен ток, така че молекулата да остане на всяко желано място“, казват изследователите. Според това човек би могъл да фиксира молекула в определено положение, за да съхранява информация.
Издателството в Хайделберг Spektrum der Wissenschaft управлява този портал. Неговите онлайн и печатни списания, включително „Спектър на науката“, „Мозък и ум“ и „Спектър - Die Woche“, докладват за текущите резултати от изследванията.