Utvecklingen av framtida teknologier kommer att underlättas kraftigt genom att förstå och utvinna egenskaper på molekylär nivå. En forskargrupp vid University of Tsukuba har etablerat en tredimensionell sond som kan avbilda växlingen av en enda molekyl mellan två olika konformationer, inducerad av en mekanisk kraft.

Denna prestation är särskilt uppmuntrande på grund av de markant olika nivåerna av konduktans av elektrisk laddning av molekylen i dessa olika konformationer, som skulle kunna användas i enheter med molekylstorlek.

Denna studie involverade bindning av enskilda molekyler mellan två kiselelektroder, skapa en robust "molekylär korsning". Ändra avståndet mellan dessa elektroder – med andra ord, applicering av olika nivåer av mekanisk kraft på de enskilda molekylerna fästa mellan dem - visade att den elektriska strömmen som leds av dessa molekyler förändrades. För en testad molekyl, den elektriska strömmen ändrades gradvis när avståndet minskade eller ökade, som man kan förvänta sig. Dock, för en annan molekyl, det skedde en plötslig förändring i konduktansen, vilket visade sig motsvara en switch i denna molekyls totala konformation.

"Vi skapade sådana molekylära förbindelser för divinylbensen och dietynylbensen, " förklarar huvudförfattaren Miki Nakamura från Graduate School of Pure and Applied Sciences vid University of Tsukuba. "Med vår dynamiska sond baserad på scanning tunneling microscopy, vi kunde visa att applicering av en mekanisk kraft på den förra resulterade i en gradvis förändring av molekylens konduktans. Dock, för dietynylbensen, vi såg konduktansen förändras dramatiskt, som vi modellerade som en växling från en cis till en transformation och tillbaka igen."

Detta arbete bygger på tidigare studier som framgångsrikt karakteriserat de specifika egenskaperna hos enskilda molekyler, som flexibilitet, och spinnegenskaper. Det fanns också tidigare förslag om att abrupt byte av konduktansnivån för en molekyl är relaterad till dess förmåga att snabbt övergå mellan två olika, stabila konformationer. Dock, Tsukuba-teamet är de första som direkt avbildar dessa förändringar.

Gruppledare Dr. Shigekawa vid University of Tsukuba Faculty of Pure and Applied Sciences är exalterad över potentialen för denna nya utveckling. "Vårt arbete kan ha omfattande konsekvenser för grundforskning om molekylers elektroniska egenskaper, såväl som för utvecklingen av molekylära maskiner, " säger han. "Förmågan att kombinera halvledarelektroder i fast tillstånd med organiska molekyler till den här typen av korsning ökar potentialen för ytterligare framsteg inom molekylär beräkning."