Rotor molecular - spectrul științei
Știri: rotor molecular
Dar experimentul nu demonstrează doar un concept care ar putea fi aplicat ulterior pe dispozitive electronice extrem de mici. De asemenea, a furnizat informații despre natura legăturii formate atunci când o moleculă de oxigen este adsorbită pe o suprafață de platină și despre modul în care electronii pot provoca mișcarea unei molecule. Platina este adesea utilizată ca catalizator pentru a accelera reacțiile de oxidare, de exemplu în tratarea ulterioară a gazelor de eșapament din mașini.
Barry C. Stipe, Mohammad Rezaei și Wilson Ho de la Universitatea Cornell raportat la 18 martie 1998 la reuniunea anuală a Societatea fizică americană în Los Angeles din experimentul ei. Rezultatele au fost prezentate și în Ştiinţă publicat pe 20 martie 1998.
Folosind un microscop de scanare tunel "de casă" (microscop cu tunel de scanare, STM) de o precizie excepțională, cercetătorii au trimis un mic curent electric printr-o moleculă de oxigen care era legată de o suprafață plană de platină. Sistemul a fost răcit la o temperatură de 8 Kelvin pentru a preveni mișcările moleculare accidentale.
Inima STM este un punct ascuțit, în formă de ac, ținut la mai puțin de o miliardime de metru deasupra suprafeței scanate. Când se aplică tensiune, un curent electric foarte mic curge între suprafață și ac. Pe măsură ce acul este deplasat pentru a scana suprafața, înălțimea acestuia este ajustată astfel încât debitul curent să rămână constant. Un computer poate procesa apoi mișcările ascendente și descendente pentru a construi o imagine atât de precisă a suprafeței încât atomii și moleculele individuale să apară ca umflături sau depresiuni. În noile experimente, cercetătorii au folosit, de asemenea, vârful pentru a aplica impulsuri de scurtă tensiune, astfel încât moleculele individuale să se rotească.
O moleculă de oxigen este formată din doi atomi de oxigen. Dacă este adsorbit pe un strat de platină, acesta se află aproape plat la suprafață, cu un atom ușor mai mare decât celălalt. Axa dintre cei doi atomi este deci înclinată ușor departe de suprafață. În această poziție, electronii sunt mai des în partea de sus a moleculei, iar imaginea STM arată o moleculă în formă de pară.
Cercetătorii au poziționat vârful STM direct deasupra axei dintre cei doi atomi ai moleculei de oxigen și au aplicat un impuls de tensiune de 0,15 volți cu o durată de aproximativ 40 de milisecunde. După aproximativ 20 de milisecunde, au observat o ușoară schimbare în „curentul tunelului” - care curge în mod normal între vârf și suprafață. Această modificare a indicat faptul că molecula a făcut o rotație. Imaginile STM au confirmat acest lucru: au dezvăluit că molecula s-a rotit la un nou punct de orientare după fiecare schimbare a curentului. Potrivit lui Ho, când se aplică o tensiune, electronii care se deplasează de la vârf la moleculă adaugă energie moleculei. Drept urmare, nucleii atomici se deplasează către unul dintre cele trei repere posibile stabile.
STM din laboratorul lui Ho poate fi controlat atât de precis încât curentul din vârful microscopului poate fi direcționat nu numai către o singură moleculă, ci chiar către un punct specific al moleculei respective. Curentul poate fi poziționat cu o precizie de 0,01 angstromi pe verticală și 0,1 angstromi pe orizontală, explică Ho. Un angstrom are zece miliarde de metru, care este aproximativ jumătate din diametrul atomic.
În timpul unui impuls de tensiune, un curent diferit curge în fiecare dintre cele trei poziții stabile ale moleculei. „Calculatorul poate fi instruit să oprească impulsul de tensiune la o anumită valoare a curentului tunelului, astfel încât molecula să rămână în orice locație dorită”, au spus cercetătorii. Potrivit acestui lucru, s-ar putea fixa o moleculă într-o anumită poziție pentru a stoca informații.
Editura Heidelberg Spektrum der Wissenschaft operează acest portal. Revistele sale online și tipărite, inclusiv „Spectrum of Science”, „Brain & Spirit” și „Spectrum - Die Woche” raportează rezultatele cercetărilor actuale.