| | Сегодня, 03:44 | Новости науки и техники
Создан молекулярный переключатель, активируемый, импульс наноразмерного «пальца»
Всем известно, какие силы есть, что применить на переключатель, чтобы включить или выключить свет в комнате. Но пока еще не может сказать то же самое относительно молекулярного переключателя, имеющегося в наноразмерном мире. Ответ на этот вопрос имеет отношение не только к фундаментальной науке, но и в области применения различных молекулярных устройств в не слишком отдаленном будущем, и ответ на него попытались найти исследователи Международного центра физики в Доностия-Сан-Себастьян, Испания, институт Макса Планка, Германия, Ливерпульского университета и польской Академии Наук. Вместе с этими учеными был создан переключатель на основе единственной молекулы, и в роли «пальца», толкающего этот переключатель, произнес, заостренный до атомной величины кончика современный двигатель микроскопом.
В зависимости от переключателя выступала органическая молекула порфицена (porphycene), адсорбированная на поверхности медной подложки, а активные элементы переключателя были атомы водорода, которые являются частью молекулы. Заточка наконечника микроскопа, возле подведенный строго определенной части молекулы, заставило атом водорода «прыгать» из одного положения внутри молекулы к другой. Эта реакция носит имя таутомеризации (tautomerization), является одной из разновидностей изомерических реакций, в которых молекулы вещества различной структуры (изомеры) легко перемещаются из одной формы в другую и наоборот. Такие реакции играют важную роль в органической химии и биохимии, и являются одним из двигателей молекулярных электронных устройств.
Кроме «кликов» молекулярный переключатель, исследователи смогли с высокой точностью измерить значение, необходимое для этого, силы. Надежность переключения выключателя, зависит точность позиционирования наконечника микроскопа, стоит отклоняться от размера наконечника на расстоянии 0.00000002 миллиметра, что составляет малую часть от длины водородной химической связи, как реле перестало срабатывать. Кроме того, исследователи обнаружили, что, если наконечник микроскопа «корона» атом странно инертного химического элемента, ксенон в этом случае молекулярный переключатель также перестает включаться.
Срабатывание молекулярный переключатель фиксировалось как изменение частоты колебаний при движении наконечника микроскопа в одной молекуле. После этого, факт переключения была подтверждена принимать на уровне атомов, проведенного тем же сканирующим атомно-силовой микроскоп в действии силы. Мера силы, который требуется для активации молекулярный переключатель, составляет приблизительно nano-newton, которая гораздо меньше силы, чем требуется, чтобы нарушить типичной ковалентной химической связи между двумя атомами.
В ходе исследования, ученые произвели расчеты, масштаб математических моделей с целью изучения механизма атомный кластер, вызванной действием внешних сил. Результаты расчетов показали почти полное совпадение с экспериментальными данными и показали четко все детали этого процесса. Исследователи подчеркивают, что изучал их реакции, которая возникает под влиянием внешних сил, это очень похоже на один из шагов, общих каталитических процессов. Таким образом, результаты этих исследований могут открыть дорогу новому направлению в исследовании механизма на атомарном уровне, что, в свою очередь, может привести к разработке нового класса высокоэффективных катализаторов для процесса фотосинтеза, процесс гидролиза и т. д.
