Une micrographie électronique à balayage d'un pont d'or suspendu à 40 nanomètres au-dessus d'un substrat de silicium. Dans l'expérience, le pont est coupé au milieu, une seule molécule est suspendue à travers l'espace, et le substrat est plié pour étirer la molécule tout en mesurant simultanément le courant électronique à travers la molécule. Image :J.J. Parcs
(PhysOrg.com) -- Avec un étirement contrôlé des molécules, Les chercheurs de Cornell ont démontré que les dispositifs à molécule unique peuvent servir de nouveaux outils puissants pour les expériences en sciences fondamentales. Leurs travaux ont abouti à des tests détaillés de théories existantes de longue date sur la façon dont les électrons interagissent à l'échelle nanométrique.
L'oeuvre, dirigé par le professeur de physique Dan Ralph, est publié dans l'édition en ligne du 10 juin de la revue Science . Le premier auteur est J.J. Parcs, un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Ralph.
Les scientifiques ont étudié des molécules particulières à base de cobalt avec ce qu'on appelle un spin intrinsèque - une quantité quantifiée de moment angulaire.
Les théories postulées pour la première fois dans les années 1980 prédisaient que le spin moléculaire modifierait l'interaction entre les électrons de la molécule et les électrons de conduction qui l'entourent, et que cette interaction déterminerait la facilité avec laquelle les électrons circulent à travers la molécule. Avant maintenant, ces théories n'avaient pas été testées en détail en raison des difficultés liées à la fabrication de dispositifs à rotations contrôlées.
Comprendre l'électronique à molécule unique nécessite une expertise à la fois en chimie et en physique, et l'équipe de Cornell a des spécialistes dans les deux.
"Les gens connaissent les molécules à spin élevé, mais personne n'a été capable de réunir la chimie et la physique pour établir un contact contrôlé avec ces molécules à spin élevé, " dit Ralph.
Schéma du dispositif contrôlable mécaniquement utilisé pour étirer des molécules individuelles tout en mesurant simultanément le courant électronique à travers la molécule. Crédit :Joshua Parks, L'Université de Cornell
Les chercheurs ont fait leurs observations en étirant des molécules individuelles contenant du spin entre deux électrodes et en analysant leurs propriétés électriques. Ils ont regardé les électrons traverser le complexe de cobalt, refroidi à des températures extrêmement basses, tout en tirant lentement sur les extrémités pour l'étirer. A un moment particulier, il est devenu plus difficile de faire passer le courant à travers la molécule. Les chercheurs avaient subtilement modifié les propriétés magnétiques de la molécule en la rendant moins symétrique.
Après avoir relâché la tension, la molécule est revenue à sa forme d'origine et a commencé à faire passer le courant plus facilement - montrant ainsi que la molécule n'avait pas été endommagée. Mesures en fonction de la température, Le champ magnétique et l'étendue de l'étirement ont donné à l'équipe de nouvelles informations sur l'influence exacte du spin moléculaire sur les interactions et le flux d'électrons.
Les effets du spin élevé sur les propriétés électriques des dispositifs nanométriques étaient des problèmes entièrement théoriques avant les travaux de Cornell, dit Ralph. En fabriquant des dispositifs contenant des molécules individuelles à spin élevé et en utilisant des étirements pour contrôler le spin, l'équipe Cornell a prouvé que de tels dispositifs peuvent servir de laboratoire puissant pour répondre à ces questions scientifiques fondamentales.
