Zachte moleculen die op metalen oppervlakken waren afgezet, werden aangedreven met behulp van een scanning tunneling microscope (STM) zonder ze mechanisch te trekken of te duwen, maar door inelastische excitaties te induceren met de tunnelstroom.

In de nanowetenschap, vergeleken met starre moleculen, het is een uitdaging om de beweging van zachte moleculen te beheersen vanwege hun flexibiliteit. Opmerkelijk, slechts één deel van zachte moleculen is geschikt voor het absorberen van tunnelstroomenergie die zou moeten worden gebruikt voor het induceren van beweging, en niet conformationele veranderingen van de moleculen.

Een samenwerking onder leiding van Waka Nakanishi en Katsuhiko Ariga bij WPI-MANA ​​en We-hyo Soe en Christian Joachim bij GNS en WPI-MANA ​​Satellite, CEMES-CNRS in Toulouse ontworpen, gesynthetiseerd en gekarakteriseerd een conformationeel flexibel molecuul bestaande uit twee binaftylpeddels gemonteerd op een eenvoudig fenylchassis. De vibratiemodi van de laterale peddels kunnen worden benut om de beweging van het molecuul op een Au(111)-oppervlak te induceren met behulp van STM inelastische tunneleffecten. Het molecuul heeft twee verschillende niet-vlakke configuraties in oplossing die het vasthoudt wanneer het op het oppervlak wordt geabsorbeerd. Echter, op het metalen oppervlak is het mogelijk om moleculen te wisselen, een per keer, naar een platte configuratie met behulp van een specifiek STM-protocol voor mechanische manipulatie. De platte configuratie is het meest interessant voor dit werk, omdat alleen platte moleculen controleerbaar op het oppervlak kunnen worden verplaatst door lokale STM-excitaties. Zodra ze deze configuratie aannemen, de moleculen zijn redelijk stabiel op het oppervlak.

Moleculen in de platte configuratie werden gekarakteriseerd om de plekken te bepalen waar tunneling-elektronen zouden moeten worden geïnjecteerd om ze op het oppervlak te laten bewegen zonder ze mechanisch te duwen. Inderdaad, afhankelijk van de locatie waar de tunnelstroom het molecuul binnenkomt, dit kan een niet-planaire configuratie aannemen (anders dan de oorspronkelijke) in plaats van te bewegen. Als de stroom op de juiste plek wordt aangelegd, het molecuul kan op een gecontroleerde manier bewegen. De experimentele karakterisering van de moleculen werd aangevuld met moleculaire dynamica-simulaties en dichtheidsfunctionaaltheorie-berekeningen, die hielp om de energie van de moleculen bloot te leggen. In april 2017, er vond een 'nanocarrace' plaats, waarin verschillende moleculaire machines, gesynthetiseerd door groepen van over de hele wereld, wedijverden met het doel om in de kortst mogelijke tijd een bepaalde afstand op een gouden oppervlak af te leggen, aangedreven door STM-tips. Het molecuul dat in dit artikel wordt gepresenteerd, is een van de voertuigen die aan de race hebben deelgenomen.