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  • El interruptor más pequeño imaginable:transferencia de protones dirigida dentro de una molécula

    Los físicos de la Technische Universitaet Muenchen han creado un nano interruptor basado en un solo anillo de porfirina. Si se elimina uno de los dos protones del interior del anillo, el protón restante puede tomar cualquiera de las cuatro posiciones, iniciado por un único electrón de túnel de la punta de un microscopio de efecto túnel. Crédito:Knud Seufert / Technische Universitaet Muenchen

    Durante mucho tiempo, la miniaturización ha sido la palabra mágica en la electrónica. Dr. Willi Auwaerter y el profesor Johannes Barth, junto con su equipo de físicos en la Technische Universitaet Muenchen (TUM), ahora han presentado un nuevo interruptor molecular en la revista Nanotecnología de la naturaleza . Para la funcionalidad del interruptor es decisiva la posición de un solo protón en un anillo de porfirina con un diámetro interior de menos de medio nanómetro. Los físicos pueden establecer cuatro estados distintos a pedido.

    Las porfirinas son moléculas en forma de anillo que pueden cambiar de forma flexible su estructura, haciéndolos útiles para una amplia gama de aplicaciones. La tetrafenilporfirina no es una excepción:le gusta adoptar la forma de una silla de montar y su funcionalidad no está limitada cuando está anclada a una superficie metálica. La molécula tiene un par de átomos de hidrógeno que pueden cambiar sus posiciones entre dos configuraciones cada uno. A temperatura ambiente, este proceso tiene lugar de forma continua a una velocidad extremadamente rápida.

    En su experimento, los científicos suprimieron este movimiento espontáneo enfriando la muestra. Esto les permitió inducir y observar todo el proceso en una sola molécula utilizando un microscopio de efecto túnel. Este tipo de microscopio es particularmente adecuado para la tarea ya que, a diferencia de otros métodos, puede usarse no solo para determinar los estados inicial y final, pero también permite a los físicos controlar directamente los átomos de hidrógeno. En un paso más, eliminaron uno de los dos protones del interior del anillo de porfirina. El protón restante ahora podría tomar cualquiera de las cuatro posiciones. Una pequeña corriente que fluye a través de la punta fina del microscopio estimula la transferencia de protones, establecer una configuración específica en el proceso.

    Aunque las posiciones respectivas de los átomos de hidrógeno no influyen ni en la estructura básica de la molécula ni en su enlace con la superficie metálica, los estados no son idénticos. Esta pequeña pero significativa diferencia, junto con el hecho de que el proceso puede repetirse arbitrariamente, forma la base de un interruptor cuyo estado se puede cambiar hasta 500 veces por segundo. Un solo electrón tunelizado inicia la transferencia de protones.

    El interruptor molecular tiene un área de superficie de solo un nanómetro cuadrado, lo que lo convierte en el cambio más pequeño implementado hasta la fecha. Los físicos están encantados con su demostración y también muy contentos con los nuevos conocimientos sobre el mecanismo detrás de la transferencia de protones resultante de su estudio. Knud Seufert jugó un papel clave con sus experimentos:"Operar un interruptor de cuatro estados moviendo un solo protón dentro de una molécula es realmente fascinante y representa un verdadero paso adelante en las tecnologías de nanoescala".


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