Ett internationellt forskarlag har för första gången lyckats kontrollera kiraliteten hos enskilda molekyler genom strukturell isomerisering. Teamet, ledd av NIMS, Osaka University Graduate School of Science och Kanazawa University Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), lyckades också syntetisera högreaktiva diradikaler med två oparade elektroner. De utförde dessa uppgifter med hjälp av en skanningstunnelmikroskopsond vid låga temperaturer.
Forskningen är publicerad i tidskriften Nature Communications .
Det är vanligtvis ganska utmanande att kontrollera kiraliteten hos individuella molekylära enheter och syntetisera extremt reaktiva diradikaler i organisk kemi; detta har förhindrat en detaljerad undersökning av de elektroniska och magnetiska egenskaperna hos diradikaler. Dessa frågor inspirerade utvecklingen av kemiska reaktionstekniker för att kontrollera strukturer hos enskilda molekyler på ytan.
Forskargruppen utvecklade nyligen en teknik som gör att de kan modifiera kiraliteten hos specifika individuella molekylära enheter i en tredimensionell nanostruktur på ett kontrollerat sätt. De uppnådde detta genom att excitera en målmolekylär enhet med tunnelström från en avsökningstunnelmikroskopsond vid låg temperatur under ultrahöga vakuumförhållanden.
Genom att exakt kontrollera ströminsprutningsparametrar (t.ex. molekylstället, där tunnelströmmen injiceras vid en given pålagd spänning), kunde teamet ordna om molekylära enheter i tre olika konfigurationer:två olika stereoisomerer och en diradikal. Slutligen visade teamet styrbarheten och reproducerbarheten av den strukturella isomeriseringen genom att koda ASCII-tecken (läser "NanoProbe Grp. NIMS") med hjälp av binära och ternära värden i en serie endimensionella molekylära arrayer där varje array representerar ett enda tecken.
I framtida forskning planerar teamet att tillverka nya kolnanostrukturer sammansatta av designermolekylära enheter, vars konfigurationer styrs via den strukturella isomeriseringsteknik som utvecklats i detta projekt. Dessutom kommer teamet att undersöka möjligheten att skapa kvantmaterial där radikala molekylära enheter leder magnetiska utbyteskopplingar mellan enheterna som de är designade – en kvantmekanisk effekt.
Detta projekt genomfördes av ett forskarlag bestående av Shigeki Kawai (ledare, 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, Department of Chemistry, Graduate School of Science, Osaka University) och Adam S. Foster (Professor, Nano Life Science Institute, Kanazawa University också professor, Aalto University).
Mer information: Shigeki Kawai et al, Lokal probe-inducerad strukturell isomerisering i en endimensionell molekylär array, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43659-4
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av National Institute for Materials Science
