Когда благородные металлы, такие как золото, обрабатывают алифатическим тиолом, таким как алкантиол, однородный монослой - слой толщиной всего в одну молекулу - самоорганизуется на поверхности. Каждая отдельная молекула может проводить электроны. Это явление интересно тем, что проводящие молекулы обладают уникальными квантовыми свойствами, которые потенциально могут быть полезны в электронике, такой как транзисторы, сверхпроводящие переключатели и датчики газа..
«Это действительно фундаментальное исследование поведения одной или нескольких молекул», - сказал Хьюберт Кляйн, доцент Экс-Марсельского университета и соавтор статьи.«Результаты дают некоторые свежие идеи людям, заинтересованным в его применении в электронных устройствах».
В предыдущих исследованиях изучались методы сканирующей туннельной микроскопии и разрывных соединений для измерения электрической проводимости отдельных молекул. Эти предыдущие исследования подчеркнули важность температуры для проводимости через молекулярный слой. Из-за ограничений экспериментальных условий результаты обоих методов дали большой разброс в измеренном токе.
Кляйн и его команда разработали новую технику, основанную на этом наблюдении. Их механическая установка состоит из золотой проволоки с надрезом, обработанной алкантиолом, прикрепленной к пластине из фосфористой бронзы. При комнатной температуре молекулы самоорганизуются на золотой проволоке.
По словам Кляйна, дизайн этого исследования был разработан на основе предыдущего проекта, в котором было получено пикометрическое разрешение и требовалась стабильная установка, чтобы электроды не дрейфовали при комнатной температуре. В то же время он продолжил свои наблюдения за одиночными молекулами, используя методы микроскопии ближнего поля..
«Таким образом, у нас, естественно, возникла идея применить наше новое специальное устройство к вопросам проводимости отдельных молекул», - сказал Клейн.
Используя эту новую установку, команда смогла измерить самопроизвольное развитие тока в надрезе вдоль золотой проволоки между двумя металлическими электродами. Команда определила проводимость отдельной молекулы, измерив скачки тока из-за спонтанного соединения и разъединения молекул, находящихся в контакте с электродами. Температура управляла «эволюцией во времени», когда на молекулу не действовало механическое напряжение.
Исследователи признают, что механический дизайн в этом исследовании не обязательно достижим в стандартных лабораторных условиях. Однако стабильность этого нового подхода открывает возможности для новых исследований наноконтактов, динамики и транспорта молекул при комнатной температуре.
«Приятно видеть, что у нас есть доступ к поведению отдельных нанометрических объектов при комнатной температуре», - сказал Клейн. «Это большая награда - видеть, как усилия твоей интуиции становятся реальностью».