(PhysOrg.com) -- Met gecontroleerd uitrekken van moleculen, Cornell-onderzoekers hebben aangetoond dat apparaten met één molecuul kunnen dienen als krachtige nieuwe hulpmiddelen voor fundamentele wetenschappelijke experimenten. Hun werk heeft geresulteerd in gedetailleerde tests van al lang bestaande theorieën over hoe elektronen op nanoschaal op elkaar inwerken.

Het werk, onder leiding van hoogleraar natuurkunde Dan Ralph, is gepubliceerd in de online editie van 10 juni van het tijdschrift Wetenschap . Eerste auteur is J.J. parken, een voormalig afgestudeerde student in Ralph's lab.

De wetenschappers bestudeerden bepaalde op kobalt gebaseerde moleculen met zogenaamde intrinsieke spin - een gekwantiseerde hoeveelheid impulsmoment.

Theorieën die voor het eerst in de jaren tachtig werden gepostuleerd, voorspelden dat moleculaire spin de interactie tussen elektronen in het molecuul en geleidingselektronen eromheen zou veranderen, en dat deze interactie zou bepalen hoe gemakkelijk elektronen door het molecuul stromen. Voor nu, deze theorieën waren niet in detail getest vanwege de moeilijkheden bij het maken van apparaten met gecontroleerde spins.

Het begrijpen van elektronica met één molecuul vereist expertise in zowel scheikunde als natuurkunde, en het team van Cornell heeft specialisten in beide.

"Mensen kennen high-spin moleculen, maar niemand is erin geslaagd om de scheikunde en de natuurkunde samen te brengen om gecontroleerd contact te maken met deze high-spin moleculen, ' zei Ralf.

De onderzoekers deden hun waarnemingen door individuele spin-bevattende moleculen tussen twee elektroden uit te rekken en hun elektrische eigenschappen te analyseren. Ze keken hoe elektronen door het kobaltcomplex stromen, gekoeld tot extreem lage temperaturen, terwijl je langzaam aan de uiteinden trekt om het uit te rekken. Op een bepaald punt, het werd moeilijker om stroom door het molecuul te laten gaan. De onderzoekers hadden de magnetische eigenschappen van het molecuul subtiel veranderd door het minder symmetrisch te maken.

Na het loslaten van de spanning, het molecuul keerde terug naar zijn oorspronkelijke vorm en begon gemakkelijker stroom door te geven - wat aantoonde dat het molecuul niet was geschaad. Metingen als functie van temperatuur, magnetisch veld en de mate van uitrekken gaven het team nieuwe inzichten in wat precies de invloed is van moleculaire spin op de elektroneninteracties en elektronenstroom.

De effecten van hoge spin op de elektrische eigenschappen van apparaten op nanoschaal waren volledig theoretische kwesties vóór het werk van Cornell, zei Ralph. Door apparaten te maken die individuele high-spin-moleculen bevatten en rekken te gebruiken om de spin te regelen, het Cornell-team bewees dat dergelijke apparaten kunnen dienen als een krachtig laboratorium voor het beantwoorden van deze fundamentele wetenschappelijke vragen.