Физики создали молекулярный выключатель

Немецким физикам удалось создать очень компактный выключатель, состоящий всего из одной молекулы. Ученые предполагают, что за данным изобретением последует создание сложных электронных устройств из одиночных молекул. Новое изобретение физиков представляет устройство, которое переключает режим проводимости посредством изменения положения одного или двух атомов водорода в «ключе».

Ученые-физики из Мюнхенского технического университета в Гархинге изучали поведение молекулы тетрафинил-порфирина при температуре 6 градусов по шкале Кельвина. Тетрафинил-порфирин является органическим веществом, молекула которого состоит из четырех атомов кислорода и азота и восьми углеродных колец.

Оказалось, что атомы азота внутри молекулы словно жонглируют атомами водорода, то есть протоны перепрыгивают с одного атома азота на другой. В процессе такого «передвижения» водород сначала оказывается на одной горизонтали с атомами кислорода, расположенными на внешней части молекулы, а потом оказываются в положении перпендикулярном воображаемой линии между кислородом.

Исследовать структуру молекулы позволил сканирующий туннельный микроскоп, который с помощью импульсов электрического тока считывает «рельеф» молекулы через очень тонкую металлическую иглу. Когда атомы водорода и кислорода располагаются параллельно друг другу, молекула напоминает выгнутое седло, перпендикулярное положение этих атомов делает молекулу похожей уже на вогнутое седло.

Тип молекулы тетрафинил-порфирина может меняться, если микроскоп передает напряжение выше установленного критического порога. Напротив, маленькое напряжение стабилизирует молекулу, подавляя своеобразное «жонглирование» водородом. При параллельном положении атомов молекула вещества вдруг становилась хорошим проводником тока, а в перпендикулярном, наоборот, почти непроницаемой.

Удалив один атом водорода с внутренней части углеродного кольца, физики получили целую молекулярную систему из четырех переключателей. Эксперимент с тоннельным микроскопом также подтвердил, что существуют четыре раздельных уровня проводимости тока.