Koolstofnanobuizen en magnetische moleculen worden beschouwd als bouwstenen van toekomstige nano-elektronische systemen. Hun elektrische en mechanische eigenschappen spelen een belangrijke rol. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology en Franse collega's uit Grenoble en Straatsburg hebben nu een manier gevonden om beide componenten op atomair niveau te combineren en een kwantummechanisch systeem met nieuwe eigenschappen te bouwen. Het wordt nu gerapporteerd in de gedrukte versie van Natuur Nanotechnologie logboek.

In hun experiment gebruikten de onderzoekers een koolstofnanobuisje dat tussen twee metalen elektroden was gemonteerd, overspannen een afstand van ongeveer 1 µm, en kon mechanisch trillen. Vervolgens, ze pasten een organisch molecuul toe met een magnetische spin door een ingebouwd metaalatoom. Deze spin was georiënteerd in een extern magnetisch veld.

"In deze opstelling we hebben aangetoond dat de trillingen van de buis direct worden beïnvloed wanneer de spin evenwijdig of antiparallel aan het magnetische veld draait, " legt Mario Ruben uit, hoofd van de werkgroep bij het KIT. Wanneer de spin verandert, de resulterende terugslag wordt overgebracht naar de koolstofnanobuis en deze begint te trillen. Trillingen veranderen de atomaire afstanden van de buis en, Vandaar, zijn geleiding die wordt gebruikt als een maat voor beweging.

De sterke interactie tussen een magnetische spin en mechanische trillingen opent interessante toepassingen, afgezien van het bepalen van de bewegingstoestanden van de koolstofnanobuis. Er wordt voorgesteld om de massa's van individuele moleculen te bepalen en magnetische krachten te meten binnen het nano-regime. Gebruik als een kwantumbit in een kwantumcomputer zou ook haalbaar kunnen zijn.

Volgens de aanvullende informatie die is gepubliceerd in hetzelfde nummer van de nanotechnologie van de natuur, zijn dergelijke interacties van groot belang in de kwantumwereld, dat wil zeggen in het bereik van discrete energieën en tunneleffecten, voor het toekomstige gebruik van nanoscopische effecten in macroscopische toepassingen. Combinatie van draaien, trillingen, en met name rotatie op nanoschaal kan leiden tot geheel nieuwe toepassingen en technologieën.