Sembra una croce con quattro braccia di uguale lunghezza che hanno un atomo centrale alla loro intersezione. Tutti gli atomi sono disposti su un piano in modo che la molecola sia assolutamente planare, almeno nello stato normale.

I fisici dell'Università di Würzburg sono ora riusciti a manipolare questa molecola utilizzando un deposito speciale e un campo elettrico per assumere permanentemente due stati diversi. Ciò potrebbe rendere la molecola adatta come una sorta di "interruttore molecolare" per applicazioni di spintronica, una tecnologia di elaborazione dati pionieristica basata sullo spin degli elettroni.

L'interruttore molecolare è il frutto di una collaborazione di membri dei Dipartimenti di Fisica Sperimentale e Teorica dell'Università di Würzburg:Dr. Jens Kügel, un postdoc presso il Dipartimento di Fisica Sperimentale II, ideato e condotto gli esperimenti. Giorgio Sangiovanni, un Professore di Fisica Teorica presso l'Istituto di Fisica Teorica e Astrofisica, era incaricato di interpretarli. Il team ha recentemente pubblicato i risultati della ricerca nell'attuale numero della rivista npj Quantum Materials.

Costruire un ponte con una molecola colorante

"Abbiamo usato una molecola di ftalocianina di manganese, un colorante che normalmente non può essere cambiato, " Sangiovanni descrive l'approccio dei fisici. Jens Kügel ha dovuto ricorrere a un trucco per trasformarlo in un interruttore molecolare:ha montato la molecola su una superficie metallica molto speciale costituita da atomi di argento e bismuto.

Poiché gli atomi di bismuto sono molto più grandi degli atomi d'argento, la loro disposizione regolare ricopre la superficie metallica come muretti. Le irregolarità in questa struttura si traducono in una distanza maggiore tra due aree di bismuto come un alveo prosciugato. La molecola di ftalocianina di manganese costruisce quindi un ponte attraverso questo letto del fiume per continuare la metafora.

Commutato da un campo elettrico

Jens Kügel ha utilizzato una tecnica speciale per conferire alla molecola la sua proprietà di commutazione. Quando si avvicinò all'atomo di manganese al centro della molecola con una punta finissima che emetteva un campo elettrico, l'atomo centrale cambiò posizione e si spostò leggermente verso la superficie metallica fuori dal piano molecolare. "In questo modo, la molecola ha assunto due stati stabili commutabili, "dice il fisico.

Fisicamente, la molecola crea un grande momento magnetico dovuto al cambiamento di posizione del suo atomo centrale. A causa di particolari fenomeni di fisica quantistica, questo cambiamento di posizione interessa l'intera molecola, manifestarsi esternamente attraverso proprietà magnetiche nettamente differenti. I fisici si riferiscono a questo come effetto Kondo.

Un nuovo concetto per costruire interruttori molecolari

Normalmente, gli interruttori molecolari sono sintetizzati per essere intrinsecamente stabili in più stati. "Abbiamo ora dimostrato che questa funzionalità può essere creata anche in molecole non commutabili manipolando selettivamente l'ambiente della molecola, " Kügel e Sangiovanni spiegano il risultato centrale del loro articolo. I fisici hanno quindi sviluppato un nuovo concetto per costruire interruttori molecolari che ritengono aprirà nuove possibilità di progettazione nell'elettronica molecolare in futuro.

Collaborazione di successo nel Centro di ricerca collaborativa

La proficua collaborazione di fisici teorici e sperimentali presso l'Università di Würzburg si basa anche sul Centro di ricerca collaborativa "Topological and Correlated Electronics at Surfaces and Interfaces", breve ToCoTronics, che si trova a Würzburg. Il suo focus è su fenomeni fisici speciali:correlazioni elettroniche e fisica topologica, e soprattutto, le loro interazioni che hanno un enorme potenziale applicativo per nuovi, tecnologie pionieristiche di domani.