Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont pu produire des structures à partir d'atomes uniques. L'un des premiers exemples a été présenté par D. M. Eigler et E. K. Schweizer en 1990 dans La nature , un petit logo IBM formé de quelques atomes de xénon produits avec un microscope à sonde à balayage. Mais encore aujourd'hui, près de 30 ans plus tard, on est encore loin de fabriquer des nanostructures directement à partir de molécules complexes. Bien que les molécules soient beaucoup plus grosses que les atomes, ils sont beaucoup plus difficiles à contrôler. "Avec des atomes, l'orientation n'est pas importante. Mais les molécules ont une forme spécifique. Par exemple, l'orientation dans laquelle ils adhèrent à une surface ou à la pointe du microscope est importante, " dit le professeur Stefan Tautz, directeur de l'institut au Forschungszentrum Jülich.

Dans la revue à comité de lecture La nature , le groupe dirigé par le Dr Ruslan Temirov à l'institut de Tautz présente maintenant une nouvelle expérience révolutionnaire dans laquelle ils ont orienté avec succès une molécule PTCDA en forme de plaquette, qui est structurellement lié au graphène, comme voulu. Faire cela, les chercheurs ont utilisé la pointe d'un microscope à sonde à balayage pour attacher deux atomes d'argent aux bords de la molécule, qu'ils ont ensuite soulevé jusqu'à ce qu'il se dresse sur la minuscule plate-forme d'argent.

"Jusqu'à maintenant, on supposait que la molécule reviendrait à sa position préférée et reposerait à plat sur la surface. Mais ce n'est pas le cas. La molécule est étonnamment stable dans l'orientation verticale. Même quand on le pousse avec la pointe du microscope, il ne tombe pas; il remonte simplement. Nous ne pouvons que spéculer sur la raison de cela, " dit le Dr Taner Esat, premier auteur de l'étude.

Le travail est une étape importante dans le développement de nouvelles techniques de production avec des molécules uniques. Au fil de l'histoire, les humains ont appris à contrôler le monde à des échelles toujours plus petites. Le but ultime est de pouvoir fabriquer des architectures moléculaires arbitraires. Il s'agirait d'assembler des nanostructures directement à partir de molécules uniques, un peu comme Lego. Le potentiel d'application serait illimité. Nanoélectronique, en particulier, bénéficierait des possibilités totalement nouvelles de réaliser des fonctionnalités de base, comme la logique, Mémoire, capteur, et circuits amplificateurs.

« Dans le monde macroscopique, les processus de production sont très sophistiqués. A un niveau moindre, nous ne sommes pas encore aussi avancés. La nature est loin devant nous là-bas, " explique Stefan Tautz. Dans les cellules vivantes, les molécules se forment suivant le mécanisme d'auto-assemblage, selon leurs propriétés moléculaires. Les chercheurs de l'Institut Peter Grünberg de Jülich (PGI-3) visent à dépasser ce paradigme naturel. Avec leurs recherches, ils espèrent être les pionniers d'une technologie de fabrication qui ne se limite pas à quelques structures prédéterminées, mais permettra la création essentiellement libre de structures à l'échelle nanométrique.

"Prenez des voitures, des ordinateurs, et maisons, par exemple. Parce que la nature ne les crée pas spontanément, toutes ces choses doivent être assemblées par nos soins, soit manuellement, soit à l'aide de machines. Et c'est exactement ce que nous avons fait au niveau des molécules individuelles dans cette expérience :avec nos mains, nous avons produit une structure métastable artificielle qui offre en plus une certaine fonctionnalité souhaitée, " dit Stefan Tautz.

Les chercheurs ont déjà utilisé avec succès la molécule stand-up comme source d'électrons émettant des électrons uniques. La fonction d'onde de l'électron de ce type de source d'électrons est prédéterminée par les propriétés chimiques de la molécule. De telles sources d'électrons pourraient être utilisées, par exemple, pour les applications en holographie, qui utilisent le caractère ondulatoire des électrons émis pour l'imagerie. Grâce à des expériences comme celle-ci, les chercheurs anticipent désormais une interaction productive entre la fabrication de structures inhabituelles et de nouvelles fonctionnalités.

Commande manuelle et sondes pour microscopes

Le résultat de la recherche actuelle a été précédé par plusieurs avancées scientifiques. Au cours des dernières années, par exemple., Les chercheurs de Jülich ont réussi à extraire sélectivement des molécules individuelles d'agrégats et de couches. Le groupe dirigé par le Dr Ruslan Temirov travaille également à améliorer le contraste et la résolution des microscopes utilisant des atomes et des molécules uniques comme sondes. Dans ce but, des molécules ou des atomes individuels sont attachés comme un capteur à la pointe du microscope. Ceux-ci améliorent alors considérablement la résolution avec laquelle les structures et même les champs électriques peuvent être imagés.