En enda molekyl vars laddningstillstånd och form kan ändras efter behag:det senaste genombrottet vid CEMES borde visa sig vara en viktig fördel i kapplöpningen för miniatyrisering. Förutom att kontrollera dess laddning på ett helt reversibelt sätt, forskarna har avslöjat en koppling mellan molekylens laddning och dess geometriska form, effektivt göra det användbart som lite information eller ett elektromekaniskt system i nanometrisk skala. Denna perfekt kontrollerbara fram-och-tillbaka-rörelse på molekylär nivå lovar mycket för skapandet av ultratäta digitala minne eller nanomotorer. Lagets resultat publiceras i Fysiska granskningsbrev .

Det som forskarna vid CEMES i Toulouse har utvecklat kallas en molekylär switch:en molekyl som omväxlande kan anta tillstånd A eller tillstånd B under påverkan av en extern stimulans. I detta specifika experiment, de två tillstånden motsvarar olika molekylära geometrier:sammansättningen förblir densamma men formen ändras. För att framkalla förändringen, en elektron måste läggas till molekylen, som utgör den yttre stimulansen. Att lägga till en elektron introducerar också en ytterligare avstötningskraft, få vissa atomer att dra längre bort från varandra och ändra molekylens form från en platt, kvadratisk konfiguration till en mer voluminös pyramidform.

Ur teknisk synvinkel, operationen möjliggörs genom användning av ett scanning tunneling microscope (STM). STM fungerar både som en kamera för att avslöja molekylens form och som ett verktyg för att injicera elektroner:när mikroskopets spets applicerar en elektrisk spänning, molekylen får en elektron och ändrar form, blir pyramidal. Processen är helt reversibel:när en omvänd spänning appliceras, molekylen frigör elektronen och återställer en platt form och neutral laddning. CNRS-forskarna har mätt molekylens laddningstillstånd i båda konfigurationerna med hjälp av ett atomkraftmikroskop (AFM), på så sätt etablera den nära kopplingen mellan molekylens laddning och dess geometriska form.

Denna omkopplare öppnar vägen till många applikationer, inklusive syntesen av elementära minnesenheter i molekylär skala. Molekylens förmåga att hålla en laddning och släppa den på begäran kan användas för att koda binär information. Förutom tillämpningar inom molekylär elektronik, det skulle vara möjligt att använda molekylens geometriska transformation för att producera en nanomaskin. Att kontrollera laddningsöverföringen som bestämmer den geometriska transformationen skulle kunna möjliggöra skapandet av en stegmotor, till exempel.