Gli scienziati di Jülich hanno sviluppato una nuova tecnica di controllo per i microscopi a scansione di sonda che consente all'utente di manipolare interattivamente grandi singole molecole usando le mani. Fino ad ora, erano possibili solo movimenti semplici e programmati in modo inflessibile. Per testare il loro metodo, i ricercatori hanno "stampato" una parola in un monostrato molecolare rimuovendo 47 molecole. Il processo apre nuove possibilità per la costruzione di transistor molecolari e altri nanocomponenti.

"La tecnica consente per la prima volta di rimuovere grandi molecole organiche dalle strutture associate e posizionarle altrove in modo controllato, " spiega il dott. Ruslan Temirov del Peter Grünberg Institute di Jülich. Ciò avvicina gli scienziati alla ricerca di una tecnologia che consentirà di assemblare liberamente singole molecole per formare strutture complesse. Gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando su un sistema modulare come questo per le nanotecnologie, che è considerato indispensabile per lo sviluppo del romanzo, componenti elettronici di ultima generazione.

Utilizzando il rilevamento del movimento, Il gruppo di giovani investigatori di Temirov ha accoppiato i movimenti della mano di un operatore direttamente al microscopio a scansione di sonda. La punta di questo microscopio può essere utilizzata per sollevare molecole e ri-depositarle, molto simile a una gru. Con un ingrandimento di cinquecento milioni a uno, i movimenti umani relativamente rozzi vengono trasferiti a dimensioni atomiche. "Un movimento della mano di cinque centimetri fa sì che la punta affilata del microscopio a scansione di sonda si sposti di un solo angstrom sul campione. Ciò corrisponde alla grandezza tipica dei raggi atomici e delle lunghezze di legame nelle molecole, " spiega Ruslan Temirov.

Controllando il sistema in questo modo, però, richiede un po' di pratica. "I primi tentativi di rimuovere una molecola sono durati 40 minuti. Verso la fine abbiamo impiegato solo circa 10 minuti, " dice Matthew Green. Il dottorando ha impiegato quattro giorni in totale per rimuovere 47 molecole e quindi stampare la parola "JÜLICH" in un monostrato di dianidride dell'acido perilentetracarbossilico (PTCDA). Il PTCDA è un semiconduttore organico che svolge un ruolo importante nello sviluppo di elettronica organica - un campo che rende possibile stampare componenti flessibili o chip usa e getta economici, Per esempio, che è inconcepibile con la tecnologia convenzionale del silicio.

Anche piccoli errori di ortografia possono essere corretti senza difficoltà utilizzando il nuovo metodo. Una molecola rimossa per errore durante la creazione della linea orizzontale in "H" è stata facilmente sostituita da Green utilizzando una nuova molecola che ha rimosso dal bordo del livello. "E proprio questo è il vantaggio di questo metodo. Lo sperimentatore può intervenire nel processo e trovare una soluzione se una molecola viene rimossa accidentalmente o se torna inaspettatamente alla sua posizione originale, "dice il fisico.

L'approccio interattivo consente di manipolare in modo controllato molecole che fanno parte di grandi strutture associate. A differenza dei singoli atomi e molecole, la cui manipolazione mediante microscopi a scansione di sonda è stata a lungo di routine, assemblaggi molecolari più grandi erano quasi impossibili da manipolare in modo mirato fino ad ora. La ragione di ciò è che le forze di legame delle molecole, che sono legati a tutte le molecole vicine circostanti, sono quasi impossibili da prevedere con esattezza. Solo durante l'esperimento diventa chiaro quale forza è necessaria per sollevare una molecola e attraverso quale percorso può essere rimossa con successo.

L'esperienza acquisita aiuterà ad accelerare le operazioni che richiedono tempo. "In futuro, i computer ad autoapprendimento si occuperanno della complessa manipolazione delle molecole. Ora stiamo acquisendo l'intuizione per la nanomeccanica che è così essenziale per questo progetto utilizzando il nostro nuovo sistema di controllo e letteralmente a mano, "dice il dottor Christian Wagner, che fa anche parte del gruppo Jülich.