- Arriba:imágenes obtenidas mediante microscopía de túnel de barrido que ilustra la secuencia de conmutación reversible de una molécula en una película aislante delgada - Abajo:diagramas que muestran la geometría de la molécula en función de su estado de carga A la izquierda hay dos cuadrados, plano, moléculas eléctricamente neutras que miden alrededor de 1 nanómetro. Cuando la punta del microscopio se coloca sobre la molécula de la izquierda, entregando una corriente de 2V, la molécula está cargada con un electrón adicional, induciendo un cambio conformacional a una forma piramidal (centro). Este cambio es totalmente reversible:cuando se aplica una corriente inversa, la molécula pierde su carga y recupera su forma inicial (derecha). Crédito:CEMES / CNRS
Una sola molécula cuyo estado de carga y forma se pueden cambiar a voluntad:el último avance en el CEMES debería resultar una ventaja clave en la carrera por la miniaturización. Además de controlar su carga de forma completamente reversible, los investigadores han revelado un vínculo entre la carga de la molécula y su forma geométrica, haciéndolo efectivamente utilizable como un poco de información o un sistema electromecánico en una escala nanométrica. Este movimiento de ida y vuelta perfectamente controlable a nivel molecular es muy prometedor para la creación de nanomotores o memoria digital ultradensa. Los resultados del equipo se publican en Cartas de revisión física .
Lo que han desarrollado los investigadores del CEMES de Toulouse se llama interruptor molecular:una molécula que puede adoptar indistintamente el estado A o el estado B bajo la influencia de un estímulo externo. En este experimento específico, los dos estados corresponden a diferentes geometrías moleculares:la composición sigue siendo la misma pero la forma cambia. Para inducir el cambio, se debe agregar un electrón a la molécula, que constituye el estímulo externo. Agregar un electrón también introduce una fuerza repelente adicional, causando que ciertos átomos se alejen más entre sí y cambiando la forma de la molécula de un plano, configuración cuadrada a una configuración piramidal más voluminosa.
Desde un punto de vista técnico, la operación es posible gracias al uso de un microscopio de efecto túnel (STM). El STM sirve como cámara para revelar la forma de la molécula y como herramienta para inyectar electrones:cuando la punta del microscopio aplica una tensión eléctrica, la molécula gana un electrón y cambia de forma, volviéndose piramidal. El proceso es completamente reversible:cuando se aplica un voltaje inverso, la molécula libera el electrón y recupera una forma plana y carga neutra. Los investigadores del CNRS han medido el estado de carga de la molécula en ambas configuraciones utilizando un microscopio de fuerza atómica (AFM), estableciendo así el estrecho vínculo entre la carga de la molécula y su forma geométrica.
Este interruptor abre el camino a numerosas aplicaciones, incluida la síntesis de unidades de memoria elementales a escala molecular. La capacidad de la molécula para mantener una carga y liberarla a demanda podría usarse para codificar información binaria. Además de las aplicaciones en electrónica molecular, sería posible utilizar la transformación geométrica de la molécula para producir una nanomáquina. Controlar la transferencia de carga que determina la transformación geométrica podría permitir la creación de un motor paso a paso, por ejemplo.
