De ontwikkeling van toekomstige technologieën zal enorm worden geholpen door het begrijpen en extraheren van kenmerken op moleculair niveau. Een onderzoeksgroep van de Universiteit van Tsukuba heeft een driedimensionale sonde ontwikkeld die het schakelen van een enkel molecuul tussen twee verschillende conformaties kan weergeven, veroorzaakt door een mechanische kracht.

Deze prestatie is bijzonder bemoedigend vanwege de duidelijk verschillende niveaus van geleiding van elektrische lading door het molecuul in deze verschillende conformaties, die zouden kunnen worden gebruikt in apparaten met moleculaire afmetingen.

Deze studie omvatte het binden van individuele moleculen tussen twee siliciumelektroden, het creëren van een robuuste "moleculaire kruising". De afstand tussen deze elektroden wijzigen - met andere woorden, het toepassen van verschillende niveaus van mechanische kracht op de afzonderlijke moleculen die ertussen waren bevestigd, toonde aan dat de elektrische stroom die door deze moleculen werd geleid, veranderde. Voor één getest molecuul, de elektrische stroom veranderde geleidelijk naarmate de afstand kleiner of groter werd, zoals zou worden verwacht. Echter, voor een ander molecuul, er was een abrupte verandering in de geleiding, waarvan werd aangetoond dat het overeenkomt met een schakelaar in de algehele conformatie van dit molecuul.

"We hebben zulke moleculaire verbindingen gemaakt voor divinylbenzeen en dithynylbenzeen, " legt hoofdauteur Miki Nakamura van de Graduate School of Pure and Applied Sciences aan de Universiteit van Tsukuba uit. "Met behulp van onze dynamische sonde op basis van scanning tunneling microscopie, we konden aantonen dat het uitoefenen van een mechanische kracht op de eerstgenoemde resulteerde in een geleidelijke verandering in de geleiding van het molecuul. Echter, voor dithynylbenzeen, we zagen de geleiding drastisch veranderen, die we hebben gemodelleerd als een omschakeling van een cis naar een trans-conformatie en weer terug."

Dit werk bouwt voort op eerdere studies die met succes de specifieke eigenschappen van individuele moleculen karakteriseerden, zoals flexibiliteit, en spin-eigenschappen. Er waren ook eerdere suggesties dat abrupt schakelen in het geleidingsniveau van een molecuul verband houdt met het vermogen om snel over te schakelen tussen twee verschillende, stabiele conformaties. Echter, het Tsukuba-team is de eersten die deze veranderingen direct in beeld heeft gebracht.

Groepsleider Dr. Shigekawa van de University of Tsukuba Faculty of Pure and Applied Sciences is enthousiast over het potentieel voor deze nieuwe ontwikkeling. "Ons werk zou wijdverbreide implicaties kunnen hebben voor fundamenteel onderzoek naar de elektronische eigenschappen van moleculen, evenals voor de ontwikkeling van moleculaire machines, "zegt hij. "Het vermogen om halfgeleiderelektroden in vaste toestand te combineren met organische moleculen in dit type knooppunt verhoogt het potentieel voor verdere vooruitgang in moleculaire computing."