Kolnanorör och magnetiska molekyler anses vara byggstenar i framtida nanoelektroniska system. Deras elektriska och mekaniska egenskaper spelar en viktig roll. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology och franska kollegor från Grenoble och Strasbourg har nu hittat ett sätt att kombinera båda komponenterna på atomnivå och att bygga ett kvantmekaniskt system med nya egenskaper. Det rapporteras nu i den tryckta versionen av Naturens nanoteknik tidning.

I sitt experiment använde forskarna ett kolnanorör som var monterat mellan två metallelektroder, sträckte sig över ett avstånd på cirka 1 µm, och kan vibrera mekaniskt. Sedan, de applicerade en organisk molekyl med ett magnetiskt spinn på grund av en inkorporerad metallatom. Denna spin var orienterad i ett externt magnetfält.

"I den här inställningen, vi visade att rörets vibrationer påverkas direkt när spinnen vänder parallellt eller antiparallellt med magnetfältet, " förklarar Mario Ruben, chef för arbetsgruppen på KIT. När snurran ändras, den resulterande rekylen överförs till kolnanoröret och det senare börjar vibrera. Vibrationer ändrar rörets atomavstånd och, därav, dess konduktans som används som ett mått på rörelse.

Den starka växelverkan mellan ett magnetiskt spinn och mekanisk vibration öppnar för intressanta tillämpningar förutom att bestämma kolnanorörets rörelsetillstånd. Det föreslås att bestämma massorna av enskilda molekyler och att mäta magnetiska krafter inom nanoregimen. Användning som en kvantbit i en kvantdator kan också vara möjlig.

Enligt den kompletterande informationen som publiceras i samma nummer av naturnanoteknik är sådana interaktioner av stor betydelse i kvantvärlden, d.v.s. inom området diskreta energier och tunneleffekter, för framtida användning av nanoskopiska effekter i makroskopiska tillämpningar. Kombination av snurr, vibration, och rotation på nanoskala i synnerhet kan resultera i helt nya tillämpningar och teknologier.