Il ressemble à une croix avec quatre bras de longueur égale qui ont un atome central à leur intersection. Tous les atomes sont disposés dans un plan de sorte que la molécule soit absolument plane – du moins à l'état normal.

Des physiciens de l'université de Würzburg ont maintenant réussi à manipuler cette molécule à l'aide d'un dépôt spécial et d'un champ électrique pour prendre en permanence deux états différents. Cela pourrait rendre la molécule appropriée comme une sorte de « commutateur moléculaire » pour les applications de spintronique – une technologie de traitement de données pionnière basée sur le spin des électrons.

Le commutateur moléculaire est le fruit d'une collaboration de membres des départements de physique expérimentale et théorique de l'Université de Würzburg :Dr Jens Kügel, un post-doctorant au Département de physique expérimentale II, conçu et mené les expériences. Giorgio Sangiovanni, professeur de physique théorique à l'Institut de physique théorique et d'astrophysique, était chargé de les interpréter. L'équipe a récemment publié ses résultats de recherche dans le numéro actuel de la revue npj Quantum Materials.

Construire un pont avec une molécule de colorant

"Nous avons utilisé une molécule de phtalocyanine de manganèse, un colorant qui ne peut pas être normalement commuté, " Sangiovanni décrit l'approche des physiciens. Jens Kügel a dû recourir à une astuce pour la transformer en un interrupteur moléculaire :il a monté la molécule sur une surface métallique très spéciale constituée d'atomes d'argent et de bismuth.

Parce que les atomes de bismuth sont beaucoup plus gros que les atomes d'argent, leur disposition régulière recouvre la surface métallique comme des murets. Les irrégularités de cette structure entraînent une plus grande distance entre deux zones de bismuth comme un lit de rivière asséché. La molécule de phtalocyanine de manganèse construit ensuite un pont à travers ce lit de rivière pour continuer la métaphore.

Commuté par un champ électrique

Jens Kügel a utilisé une technique spéciale pour donner à la molécule sa propriété de commutation. Lorsqu'il s'est approché de l'atome de manganèse au centre de la molécule avec une pointe très fine qui a émis un champ électrique, l'atome central a changé de position et s'est déplacé un peu vers la surface métallique hors du plan moléculaire. "De cette façon, la molécule a pris deux états commutables stables, " dit le physicien.

Physiquement, la molécule crée un grand moment magnétique en raison du changement de position de son atome central. En raison de phénomènes particuliers de physique quantique, ce changement de position affecte l'ensemble de la molécule, se manifestant à l'extérieur par des propriétés magnétiques nettement différentes. Les physiciens appellent cela l'effet Kondo.

Un nouveau concept pour construire des commutateurs moléculaires

Normalement, les commutateurs moléculaires sont synthétisés pour être intrinsèquement stables dans plusieurs états. « Nous avons maintenant démontré que cette fonctionnalité peut également être créée dans des molécules non commutables en manipulant sélectivement l'environnement de la molécule, " Kügel et Sangiovanni expliquent le résultat central de leur article. Les physiciens ont ainsi développé un nouveau concept pour construire des commutateurs moléculaires qui, selon eux, ouvriront de nouvelles possibilités de conception en électronique moléculaire à l'avenir.

Coopération fructueuse au sein du Centre de recherche collaboratif

La collaboration fructueuse des physiciens théoriques et expérimentaux de l'Université de Würzburg repose également sur le Centre de recherche collaboratif "Topological and Correlated Electronics at Surfaces and Interfaces", abrégé ToCoTronics, qui est situé à Wurtzbourg. Il se concentre sur des phénomènes physiques particuliers - corrélations électroniques et physique topologique, et par dessus tout, leurs interactions qui ont un énorme potentiel d'application pour le roman, technologies pionnières de demain.