Een internationaal onderzoeksteam is er voor het eerst in geslaagd de chiraliteit van individuele moleculen te controleren door middel van structurele isomerisatie. Het team, geleid door NIMS, de Osaka University Graduate School of Science en het Kanazawa University Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), slaagde er ook in zeer reactieve diradicalen met twee ongepaarde elektronen te synthetiseren. Ze voerden deze taken uit met behulp van een scanning-tunnelingmicroscoopsonde bij lage temperaturen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Het is meestal een hele uitdaging om de chiraliteit van individuele moleculaire eenheden te beheersen en extreem reactieve diradicalen te synthetiseren in de organische chemie; dit heeft gedetailleerd onderzoek naar de elektronische en magnetische eigenschappen van diradicalen verhinderd. Deze kwesties inspireerden de ontwikkeling van chemische reactietechnieken om structuren van individuele moleculen op het oppervlak te controleren.

Het onderzoeksteam heeft onlangs een techniek ontwikkeld waarmee ze de chiraliteit van specifieke individuele moleculaire eenheden in een driedimensionale nanostructuur op een gecontroleerde manier kunnen wijzigen. Ze bereikten dit door een moleculaire doeleenheid te exciteren met tunnelstroom van een scanning-tunnelingmicroscoopsonde bij lage temperatuur en onder ultrahoogvacuümomstandigheden.

Door de huidige injectieparameters nauwkeurig te controleren (bijvoorbeeld de moleculaire plaats waar de tunnelstroom wordt geïnjecteerd bij een gegeven aangelegde spanning), kon het team moleculaire eenheden herschikken in drie verschillende configuraties:twee verschillende stereo-isomeren en een diradicaal. Ten slotte demonstreerde het team de beheersbaarheid en reproduceerbaarheid van de structurele isomerisatie door ASCII-tekens te coderen (lees "NanoProbe Grp. NIMS") met behulp van binaire en ternaire waarden in een reeks eendimensionale moleculaire arrays, waarbij elke array een enkel teken vertegenwoordigt. P>

In toekomstig onderzoek is het team van plan nieuwe koolstofnanostructuren te fabriceren die zijn samengesteld uit moleculaire designereenheden, waarvan de configuraties worden gecontroleerd via de structurele isomerisatietechniek die in dit project is ontwikkeld. Daarnaast zal het team de mogelijkheid onderzoeken om kwantummaterialen te creëren waarin radicale moleculaire eenheden de magnetische uitwisselingskoppelingen tussen de eenheden leiden zoals ontworpen – een kwantummechanisch effect.

Dit project werd uitgevoerd door een onderzoeksteam bestaande uit Shigeki Kawai (leider, Nanoprobe Group (NG), Center for Basic Research on Materials (CBRM), NIMS), Zhangyu Yuan (Junior Researcher, NG, CBRM, NIMS), Kewei Sun (ICYS Research Fellow, NG, CBRM, NIMS), Oscar Custance (Managing Researcher, NG, CBRM, NIMS), Takashi Kubo (professor, afdeling scheikunde, Graduate School of Science, Osaka University) en Adam S. Foster (professor, Nano Life Science Institute, Kanazawa Universiteit; tevens hoogleraar, Aalto Universiteit).

Meer informatie: Shigeki Kawai et al, Lokale probe-geïnduceerde structurele isomerisatie in een eendimensionale moleculaire array, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43659-4

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door het Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen