(a) y (b) muestran los dos estados estables creados cuando dos átomos de Pb y tres de Si se reorganizan en respuesta a ser escaneados por la punta de un microscopio de efecto túnel. Los dos estados, que son inversiones quirales entre sí, corresponden a un estado de alta corriente y un estado de baja corriente, permitiendo que la celda funcione como un nuevo tipo de interruptor de escala atómica. Crédito:Inami, et al. © 2015 Macmillan Publishers Limited
(Phys.org) - En uno de los interruptores más pequeños jamás realizados, cinco átomos parecen "bailar" uno alrededor del otro en una compleja secuencia coreográfica, con su disposición final correspondiente a uno de dos estados estables. Este movimiento concertado de múltiples átomos es diferente al de otros nanointerruptores, que normalmente implican el movimiento de un solo átomo o molécula. El movimiento de múltiples átomos le da al interruptor una gran ventaja:debido a su estabilidad, es uno de los pocos interruptores a escala atómica capaz de operar a temperatura ambiente en lugar de temperaturas criogénicas.
Los investigadores, Eiichi Inami, et al., en la Universidad de Osaka y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, han publicado su artículo sobre la temperatura ambiente, dispositivo de conmutación a escala atómica en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .
Los nanointerruptores son parte del objetivo más amplio de desarrollar componentes electrónicos miniaturizados, donde átomos y moléculas individuales sirven como los bloques de construcción más pequeños físicamente posibles. Los científicos usan las puntas del microscopio, como los de los microscopios de túnel de barrido (STM) y los microscopios de fuerza atómica (AFM), aplicar pulsos de un solo electrón que mueven átomos y moléculas individuales de forma controlada.
Aunque se han demostrado muchos interruptores de escala atómica utilizando estos microscopios, la mayoría de los interruptores funcionan solo a temperaturas criogénicas. Esto se debe a que el calor provoca procesos incontrolables que interfieren con el movimiento atómico, provocando cambios en momentos no deseados.
Para hacer un establo temperatura ambiente, interruptor de escala atómica, Los investigadores del nuevo estudio utilizaron la punta de un microscopio para recolectar átomos de plomo (Pb) uno por uno y colocarlos en una celda confinada de media unidad sobre una superficie de silicio (Si). Aunque los átomos de Pb individuales exhiben "saltos térmicos, "los investigadores encontraron que un grupo de tres átomos de Pb (Pb 3 ) es térmicamente estable a temperatura ambiente debido a su mayor tamaño, pero aún lo suficientemente pequeño como para responder a la corriente eléctrica de la punta del microscopio.
Como se muestra en experimentos y modelado, cada celda confinada tiene dos posibles arreglos estables de Pb 3 y átomos de Si. Para cambiar entre estados, Se escanea la punta de un microscopio sobre un átomo específico de Pb o Si, que desencadena un movimiento complejo que involucra dos átomos de Pb y tres de Si. Los investigadores describen este movimiento como una inversión quiral, lo que significa que los dos estados estables son imágenes especulares entre sí después de ser trasladados y rotados. Este "interruptor quiral" se puede alternar repetidamente entre los dos estados, que corresponden a corrientes eléctricas altas y bajas.
"Nuestro control de nanoestructura puede agregar una función a un clúster, "Inami explicó a Phys.org . "Dado que un cúmulo, una agregación de unos pocos a unos pocos cientos de átomos, a veces exhibe propiedades superiores con un tamaño y composición particulares, el control de la estructura de los conglomerados es un enfoque prometedor para la realización de dispositivos a escala atómica. Nuestra técnica permite un ajuste adecuado del tamaño del grupo y los átomos constituyentes con precisión de un solo átomo. Usando este método, controlamos con precisión la estabilidad estructural de un grupo para que funcione como un interruptor de temperatura ambiente ".
En general, el interruptor demuestra que Pb 3 potencialmente puede funcionar como una unidad básica de memoria. Para realizar un dispositivo de memoria completo, varias células deben integrarse en un periódico, Matriz bien ordenada. Los científicos sugieren que los procesos de autoensamblaje podrían usarse para construir tal dispositivo de memoria, y, en última instancia, puede conducir a un registro y lectura de información de densidad ultra alta a temperatura ambiente.
"Creemos que este cambio podría convertirse en una herramienta poderosa para la investigación básica, "Dijo Inami." Por ejemplo, el interruptor tiene una característica interesante, que el cambio ocurre entre quiralidad opuesta, resultando en un cambio quiral. La tecnología quiral dirigida a la síntesis de 'compuestos enantiopuros' [que tienen una sola forma quiral] proporciona el máximo control de las reacciones químicas y ha sido un objetivo en la física. química, biología y farmacología. Nuestro enfoque puede construir motivos quirales intercambiables en posiciones atómicamente precisas, como la creación de dominios / grupos homoquirales y la asignación de especies quirales cerca de algunos elementos reactivos. Estos pueden proporcionar una pista para comprender básicamente las reacciones selectivas quirales desde una vista microscópica ".
En el futuro, los investigadores planean aplicar su técnica al diseño de otros dispositivos a nanoescala.
"Uno de nuestros planes futuros es explorar otras nuevas funcionalidades ocultas en varios clústeres, "Dijo Inami." Nuestra técnica para construir agrupaciones definidas atómicamente es ampliamente aplicable a varios elementos. Esto nos motiva a crear una variedad de clústeres con diferentes funcionalidades e incrustarlos sistemáticamente en las regiones a nanoescala deseadas. Creemos que esto abre una nueva nanofabricación para lograr una electrónica integrada a escala atómica ".
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