Les chercheurs de Jülich ont « gravé » un mot dans une monocouche moléculaire en enlevant 47 molécules. Crédit :Forschungszentrum Jülich
Les scientifiques de Jülich ont développé une nouvelle technique de contrôle pour les microscopes à sonde à balayage qui permet à l'utilisateur de manipuler de grandes molécules uniques de manière interactive à l'aide de leurs mains. Jusqu'à maintenant, seuls des mouvements simples et programmés de manière inflexible étaient possibles. Pour tester leur méthode, les chercheurs ont « inscrit » un mot dans une monocouche moléculaire en enlevant 47 molécules. Le processus ouvre de nouvelles possibilités pour la construction de transistors moléculaires et d'autres nanocomposants.
« La technique permet pour la première fois de retirer les grosses molécules organiques des structures associées et de les placer ailleurs de manière contrôlée, " explique le Dr Ruslan Temirov de l'Institut Peter Grünberg de Jülich. Cela rapproche les scientifiques de la découverte d'une technologie qui permettra à des molécules uniques d'être librement assemblées pour former des structures complexes. Des groupes de recherche du monde entier travaillent sur un système modulaire comme celui-ci pour les nanotechnologies, qui est considéré comme impératif pour le développement du roman, composants électroniques de nouvelle génération.
En utilisant le suivi de mouvement, Le groupe de jeunes enquêteurs de Temirov a couplé les mouvements de la main d'un opérateur directement au microscope à sonde à balayage. La pointe de ce microscope peut être utilisée pour soulever des molécules et les redéposer, un peu comme une grue. Avec un grossissement de cinq cent millions à un, les mouvements humains relativement bruts sont transférés aux dimensions atomiques. « Un mouvement de la main de cinq centimètres fait que la pointe acérée du microscope à sonde à balayage ne se déplace que d'un angström sur l'échantillon. Cela correspond à l'amplitude typique des rayons atomiques et des longueurs de liaison dans les molécules, " explique Ruslan Temirov.
Contrôler le système de cette manière, cependant, nécessite une certaine pratique. « Les premières tentatives pour éliminer une molécule ont pris 40 minutes. Vers la fin, nous n'avons eu besoin que d'environ 10 minutes, ", explique Matthew Green. Il a fallu quatre jours au doctorant pour retirer 47 molécules et ainsi pochoir le mot "JÜLICH" dans une monocouche de dianhydride d'acide pérylènetétracarboxylique (PTCDA). Le PTCDA est un semi-conducteur organique qui joue un rôle important dans le développement de l'électronique organique - un domaine qui permet d'imprimer des composants souples ou des puces jetables bon marché, par exemple, ce qui est inconcevable avec la technologie silicium classique.
Sorties entrelacées :les molécules peuvent être extraites en les « décollant » de la couche, comme le montre cette image des trajectoires réussies requises pour écrire 'JÜLICH'. Crédit :Forschungszentrum Jülich
Les petites fautes d'orthographe peuvent même être corrigées sans difficulté en utilisant la nouvelle méthode. Une molécule supprimée par erreur lors de la création de la ligne horizontale en "H" a été facilement remplacée par Green à l'aide d'une nouvelle molécule qu'il a retirée du bord du calque. "Et c'est exactement l'avantage de cette méthode. L'expérimentateur peut intervenir dans le processus et trouver une solution si une molécule est accidentellement retirée ou si elle revient inopinément à sa position d'origine, " dit le physicien.
L'approche interactive permet de manipuler de manière contrôlée des molécules faisant partie de grandes structures associées. Contrairement aux atomes et molécules simples, dont la manipulation à l'aide de microscopes à sonde à balayage est depuis longtemps routinière, des assemblages moléculaires plus grands étaient presque impossibles à manipuler de manière ciblée jusqu'à présent. La raison en est que les forces de liaison des molécules, qui sont liés à toutes les molécules voisines environnantes, sont presque impossibles à prédire exactement. Ce n'est qu'au cours de l'expérience qu'il devient clair quelle force est nécessaire pour soulever une molécule et par quel chemin elle peut être éliminée avec succès.
L'expérience acquise contribuera à accélérer les opérations chronophages. "Dans le futur, les ordinateurs autodidactes prendront en charge la manipulation complexe des molécules. Nous gagnons maintenant l'intuition de la nanomécanique qui est si essentielle pour ce projet en utilisant notre nouveau système de contrôle et littéralement à la main, " dit le Dr Christian Wagner, qui fait également partie du groupe Jülich.
