Un equipo de investigación internacional ha logrado por primera vez controlar la quiralidad de moléculas individuales mediante la isomerización estructural. El equipo, dirigido por NIMS, la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Osaka y el Instituto Nano de Ciencias de la Vida de la Universidad de Kanazawa (WPI-NanoLSI), también logró sintetizar dirradicales altamente reactivos con dos electrones desapareados. Realizaron estas tareas utilizando una sonda de microscopio de efecto túnel a bajas temperaturas.
La investigación se publica en la revista Nature Communications. .
Normalmente resulta bastante complicado controlar la quiralidad de unidades moleculares individuales y sintetizar dirradicales extremadamente reactivos en química orgánica; esto ha impedido una investigación detallada de las propiedades electrónicas y magnéticas de los dirradicales. Estos problemas inspiraron el desarrollo de técnicas de reacción química para controlar las estructuras de moléculas individuales en la superficie.
El equipo de investigación desarrolló recientemente una técnica que les permite modificar la quiralidad de unidades moleculares individuales específicas en una nanoestructura tridimensional de forma controlada. Lo lograron excitando una unidad molecular objetivo con corriente de túnel desde una sonda de microscopio de efecto túnel a baja temperatura en condiciones de vacío ultraalto.
Al controlar con precisión los parámetros de inyección de corriente (por ejemplo, el sitio molecular en el que se inyecta la corriente de túnel a un voltaje aplicado determinado), el equipo pudo reorganizar las unidades moleculares en tres configuraciones diferentes:dos estereoisómeros diferentes y un diradical. Finalmente, el equipo demostró la controlabilidad y reproducibilidad de la isomerización estructural codificando caracteres ASCII (que se leen "NanoProbe Grp. NIMS") usando valores binarios y ternarios en una serie de matrices moleculares unidimensionales, donde cada matriz representa un solo carácter. P>
En futuras investigaciones, el equipo planea fabricar nuevas nanoestructuras de carbono compuestas de unidades moleculares de diseño, cuyas configuraciones se controlan mediante la técnica de isomerización estructural desarrollada en este proyecto. Además, el equipo explorará la posibilidad de crear materiales cuánticos en los que unidades moleculares radicales lleven a cabo acoplamientos de intercambio magnético entre las unidades según lo diseñado:un efecto mecánico cuántico.
Este proyecto fue llevado a cabo por un equipo de investigación formado por Shigeki Kawai (Líder, Nanoprobe Group (NG), Centro de Investigación Básica de Materiales (CBRM), NIMS), Zhangyu Yuan (Investigador Junior, NG, CBRM, NIMS), Kewei Sun (Becario de investigación ICYS, NG, CBRM, NIMS), Oscar Custance (Investigador director, NG, CBRM, NIMS), Takashi Kubo (Profesor, Departamento de Química, Escuela de Graduados en Ciencias, Universidad de Osaka) y Adam S. Foster (Profesor, Nano Life Science Institute, Universidad de Kanazawa; también profesor, Universidad Aalto).
Más información: Shigeki Kawai et al, Isomerización estructural inducida por sonda local en una matriz molecular unidimensional, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43659-4
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
