En skanningelektronmikrograf av en guldbrygga hängande 40 nanometer ovanför ett kiselsubstrat. I experimentet, bron är avskuren i mitten, en enda molekyl är upphängd över gapet, och substratet böjs för att sträcka molekylen samtidigt som elektronmätningen mäts genom molekylen. Bild:J.J. Parker
(PhysOrg.com) - Med kontrollerad sträckning av molekyler, Cornell-forskare har visat att enheter med en molekyl kan fungera som kraftfulla nya verktyg för grundläggande vetenskapliga experiment. Deras arbete har resulterat i detaljerade tester av sedan länge befintliga teorier om hur elektroner interagerar på nanoskala.
Arbetet, ledd av professor i fysik Dan Ralph, publiceras i tidskriftens onlineutgåva den 10 juni Vetenskap . Första författaren är J.J. Parker, en tidigare doktorand i Ralphs lab.
Forskarna studerade särskilda koboltbaserade molekyler med så kallad intrinsic spin-en kvantiserad mängd vinkelmoment.
Teorier som först postulerades på 1980 -talet förutsade att molekylärt snurr skulle förändra interaktionen mellan elektroner i molekylen och ledningselektroner som omger den, och att denna interaktion skulle avgöra hur lätt elektroner flyter genom molekylen. Före nu, dessa teorier hade inte testats i detalj på grund av svårigheterna med att göra enheter med kontrollerade snurr.
För att förstå enmolekylär elektronik krävs expertis inom både kemi och fysik, och Cornells team har specialister på båda.
"Folk vet om high-spin-molekyler, men ingen har kunnat föra samman kemi och fysik för att få kontrollerad kontakt med dessa spinnmolekyler, Sa Ralph.
Schematisk över den mekaniskt styrbara anordningen som används för att sträcka enskilda molekyler samtidigt som elektronmätningen mäts genom molekylen. Upphovsman:Joshua Parks, Cornell University
Forskarna gjorde sina observationer genom att sträcka enskilda spinninnehållande molekyler mellan två elektroder och analysera deras elektriska egenskaper. De såg elektroner flöda genom koboltkomplexet, kyls till extremt låga temperaturer, medan du långsamt drar i ändarna för att sträcka ut den. Vid en viss punkt, det blev svårare att passera ström genom molekylen. Forskarna hade subtilt förändrat molekylens magnetiska egenskaper genom att göra den mindre symmetrisk.
Efter att ha släppt spänningen, molekylen återvände till sin ursprungliga form och började passera ström lättare - vilket visar att molekylen inte hade skadats. Mätningar som en funktion av temperatur, magnetfält och sträckningens omfattning gav laget nya insikter om exakt vad som påverkar molekylär snurr på elektroninteraktioner och elektronflöde.
Effekterna av hög snurrning på de elektriska egenskaperna hos nanoskalaenheter var helt teoretiska frågor innan Cornell -arbetet, Sa Ralph. Genom att tillverka enheter som innehåller individuella högspinnsmolekyler och använda stretching för att styra centrifugeringen, Cornell -teamet visade att sådana enheter kan fungera som ett kraftfullt laboratorium för att ta itu med dessa grundläggande vetenskapliga frågor.
