Nanoméretű kapcsoló

A Müncheni Műszaki Egyetem kutatói, Willi Auwärter és Johannes Barth vezetésével olyan kapcsolót hoztak létre, amelynél kisebbet nehezen tudnánk elképzelni: állását egyetlen proton helyzete határozza meg egy porfiringyűrű belsején.

Nanoméretű kapcsoló

A minél jelentősebb miniatürizáció elérése hosszú ideje húzóereje a technológiai fejlesztéseknek. A Müncheni Műszaki Egyetem kutatói, Willi Auwärter és Johannes Barth vezetésével létrehoztak egy olyan kapcsolót, amelynél kisebbet nehezen tudnánk elképzelni. Ahogy a Nature Nanotechnology oldalain megjelent tanulmányukban beszámolnak, a kapcsoló különböző állását egyetlen proton helyzete határozza meg egy porfiringyűrű belsején, így a „szerkezet” mérete nem éri el az egy nanométert sem. 

A porfirin egy gyűrű alakú, alakját igen „rugalmasan” változtatni képes molekulatípus. A kísérletben használt tetrafenil-porfirin például gyakran nyeregalakba rendeződik, és működését nem zavarja, ha fémfelülethez rögzítik. Két olyan hidrogénatommal rendelkezik, melyek külön-külön két pozícióban helyezkedhetnek el. Szobahőmérsékleten a pozíciók közti váltások gyors ütemben és folyamatosan történnek.

A kísérlet során a spontán protonmozgások mérséklése érdekében a kutatók lehűtötték a mintát, majd pásztázó alagútmikroszkóp alatt vizsgálták a molekula változásait. Ezzel a műszerrel nemcsak a kezdeti és a végső állapot figyelhető meg, hanem segítségével a hidrogénatomok mozgása közvetlenül is befolyásolható.

A pásztázó alagútmikroszkópot úgy képzeljük el, mint egy nagyon hegyes csúcsot, ideális esetben egyetlen atomban végződő tűt. Ezt olyan közel viszünk a vizsgálandó, elektromosan vezető felülethez, hogy a tű és minta atomjainak elektronfelhői részben átfedjék egymást. Ekkor a kvantummechanika törvényei alapján elektronok bizonyos valószínűséggel átugrálhatnak a tű és a minta között. Külső beavatkozás hiányában, az elektronok átugrálása ugyanolyan valószínűséggel történik mindkét irányba, azaz az eredő áram nulla. Ha azonban elektromos teret hozunk létre a minta és a tű között, a tér kiválaszt egy alagutazási irányt, amely kedvezőbb lesz.

A módszer segítségével gyakorlatilag ide-oda pakolhatjuk az atomokat, ahogy azt meg is tették ebben a kísérletben a kutatók. A következő lépésben ugyanis a mikroszkóp által indukált kicsiny feszültség segítségével eltávolították a porfiringyűrű belsejéből az egyik protont, így a megmaradó atom már négy „állást” vehetett fel, amelyeket az alagútmikroszkóp segítségével szintén befolyásolni tudtak.

A proton helyzete a molekula alakját és stabilitását ugyan nem befolyásolja, pozíciók mégsem nevezhetők azonos állapotúaknak. Ez teszi lehetővé kapcsolóként való használatát, valamint az, hogy a proton áthelyezése másodpercenként akár ötszázszor is megismételhető. Egyetlen proton áthelyezésével tehát egy négyállású kapcsolót kaptak a kutatók, ami hatalmas előrelépés a nanoméretű technológia területén.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward