Un gruppo di ricerca internazionale è riuscito per la prima volta a controllare la chiralità delle singole molecole attraverso l'isomerizzazione strutturale. Il team, guidato dal NIMS, dalla Graduate School of Science dell’Università di Osaka e dal Nano Life Science Institute dell’Università di Kanazawa (WPI-NanoLSI), è riuscito anche a sintetizzare diradicali altamente reattivi con due elettroni spaiati. Hanno svolto questi compiti utilizzando una sonda per microscopio a effetto tunnel a basse temperature.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Nature Communications .
Di solito è piuttosto impegnativo controllare la chiralità delle singole unità molecolari e sintetizzare diradicali estremamente reattivi in chimica organica; ciò ha impedito un'indagine dettagliata delle proprietà elettroniche e magnetiche dei diradicali. Questi problemi hanno ispirato lo sviluppo di tecniche di reazione chimica per controllare le strutture delle singole molecole sulla superficie.
Il gruppo di ricerca ha recentemente sviluppato una tecnica che consente loro di modificare in modo controllato la chiralità di singole unità molecolari specifiche in una nanostruttura tridimensionale. Hanno ottenuto questo risultato eccitando un'unità molecolare bersaglio con una corrente tunneling proveniente da una sonda per microscopio a scansione tunneling a bassa temperatura in condizioni di vuoto ultraelevato.
Controllando con precisione i parametri di iniezione della corrente (ad esempio, il sito molecolare, in cui la corrente tunneling viene iniettata a una determinata tensione applicata), il team è stato in grado di riorganizzare le unità molecolari in tre diverse configurazioni:due diversi stereoisomeri e un diradicale. Infine, il team ha dimostrato la controllabilità e la riproducibilità dell'isomerizzazione strutturale codificando caratteri ASCII (leggendo "NanoProbe Grp. NIMS") utilizzando valori binari e ternari in una serie di array molecolari unidimensionali con ciascun array che rappresenta un singolo carattere.
Nella ricerca futura, il team prevede di fabbricare nuove nanostrutture di carbonio composte da unità molecolari progettate, le cui configurazioni sono controllate tramite la tecnica di isomerizzazione strutturale sviluppata in questo progetto. Inoltre, il team esplorerà la possibilità di creare materiali quantistici in cui unità molecolari radicali determinano accoppiamenti di scambio magnetico tra le unità come progettato:un effetto meccanico quantistico.
Questo progetto è stato realizzato da un gruppo di ricerca composto da Shigeki Kawai (Leader, Nanoprobe Group (NG), Centro per la ricerca di base sui materiali (CBRM), NIMS), Zhangyu Yuan (Ricercatore junior, NG, CBRM, NIMS), Kewei Sun (ICYS Research Fellow, NG, CBRM, NIMS), Oscar Custance (Managing Researcher, NG, CBRM, NIMS), Takashi Kubo (Professore, Dipartimento di Chimica, Graduate School of Science, Università di Osaka) e Adam S. Foster (Professore, Nano Life Science Institute, Università di Kanazawa; anche professore, Università di Aalto).
Ulteriori informazioni: Shigeki Kawai et al, Isomerizzazione strutturale indotta da sonda locale in un array molecolare unidimensionale, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43659-4
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali
