Une seule molécule dont l'état de charge et la forme peuvent être modifiés à volonté :la dernière percée du CEMES devrait s'avérer un atout majeur dans la course à la miniaturisation. En plus de contrôler sa charge de manière totalement réversible, les chercheurs ont mis en évidence un lien entre la charge de la molécule et sa forme géométrique, le rendant effectivement utilisable comme un bout d'information ou un système électromécanique à l'échelle nanométrique. Ce mouvement de va-et-vient parfaitement contrôlable au niveau moléculaire est très prometteur pour la création de mémoires numériques ultra-denses ou de nanomoteurs. Les résultats de l'équipe sont publiés dans Lettres d'examen physique .

Ce que les chercheurs du CEMES de Toulouse ont développé s'appelle un interrupteur moléculaire :une molécule qui peut indifféremment adopter l'état A ou l'état B sous l'influence d'un stimulus externe. Dans cette expérience spécifique, les deux états correspondent à des géométries moléculaires différentes :la composition reste la même mais la forme change. Pour induire le changement, un électron doit être ajouté à la molécule, qui constitue le stimulus externe. L'ajout d'un électron introduit également une force de répulsion supplémentaire, éloigner certains atomes les uns des autres et changer la forme de la molécule d'un plat, configuration carrée à une configuration pyramidale plus volumineuse.

D'un point de vue technique, l'opération est rendue possible par l'utilisation d'un microscope à effet tunnel (STM). Le STM sert à la fois de caméra pour révéler la forme de la molécule et d'outil d'injection d'électrons :lorsque la pointe du microscope applique une tension électrique, la molécule gagne un électron et change de forme, devenir pyramidal. Le processus est complètement réversible :lorsqu'une tension inverse est appliquée, la molécule libère l'électron et récupère une forme plate et une charge neutre. Les chercheurs du CNRS ont mesuré l'état de charge de la molécule dans les deux configurations à l'aide d'un microscope à force atomique (AFM), établissant ainsi le lien étroit entre la charge de la molécule et sa forme géométrique.

Ce switch ouvre la voie à de nombreuses applications, dont la synthèse d'unités de mémoire élémentaires à l'échelle moléculaire. La capacité de la molécule à retenir une charge et à la libérer à la demande pourrait être utilisée pour coder des informations binaires. En plus des applications en électronique moléculaire, il serait possible d'utiliser la transformation géométrique de la molécule pour réaliser une nanomachine. Le contrôle du transfert de charge qui détermine la transformation géométrique pourrait permettre la création d'un moteur pas à pas, par exemple.