모터로 돌기 분자

교수에 의하여 찰리 Sykes

찰리 Sykes 의 Sykes 연구 단체 교수는, 대학을 술로 장식합니다
대응 저자: charles.sykes@tufts.edu

화학제품, 빛 또는 열 에너지에 의해 모는 분자 기계가 성격을 통하여 찾아내는 수 있는 동안, 조금 진전은 합성 카운터파트를 만들기로 보였습니다. 성격과 나노 과학 사이 간격은 nanoscale에 기계적인 움직임에 에너지의 전달의 한정된 기본적인 이해에게 치러야하 남아 있습니다.

표면에 개별적인 분자의 교체를 이해하고 움직이는 것은 유동성 펌프 센서, 지연 선 및 마이크로파 신호 응용과 같은 nanoscale 장치의 발달로 결정적인 단계입니다. 최근에 thioether 분자 (RSR)로 이루어져 있는 금속 표면에 분자 회전자의 새롭고, 안정되어 있는 강력한 시스템은 제안했습니다 이웃 분자의 온도, 분자 화학, 근접 및 전류의 기능으로 개별적인 분자의 교체를 공부하기 위하여 방법을 도약합니다.

우리의 머리글자 연구 결과는 간단한, 상칭적인 thioether dibutyl 황하물을 이용했습니다. 이 분자는 중앙 황 원자를 통해 금속 표면에 흡착시키고 알킬 테일의 교체는 중앙 S 금속 유대의 주위에 생깁니다. 이 분자는 3개의 동등한 오리엔테이션의 중첩 때문에 아래에 6각형 포장하는 표면에 관하여 에 의하여 자전하는 때 6각형으로 보입니다.

80 K에 이 분자의 교체는 스캐닝 터널을 파 현미경 검사법 화상 진찰 (~2 분/심상 (STM))의 시간 가늠자 보다는 더 단단 생깁니다, 그래서 이 온도에 첨가한 오리엔테이션을 분리하는 것은 가능하지 않았습니다. 시스템 더 냉각에 따라 그들의 교체가 정지되기 때문에 (5에 K) 정체되는 위치에 있는 단 하나 dibutyl 황하물 분자를 관찰하는 것이 가능했습니다.

78 켈빈의 온도에 가열될 경우 3개의 분자 회전자의 STM 심상, 다만 1개 나노미터 넓은, 초당 1,000,000 시간 이상에 회전시키기 (- 320 F).

낮 온도 STM는 그들의 움직임을 위한 정력적인 방벽 그리고 전 지수 요인 둘 다의 온도 그리고 정량화의 기능으로 dibutyl 황하물 분자의 교체의 측정을 허용했습니다. 이 측정에서 (STM 끝 고도를 조절하도록 불변의 것 터널을 파 현재를 유지하기 위하여 일반적으로 이용되는) 되먹임 루프 시간 (It)에 관하여 터널을 파 현재 감시됩니다 꺼지고. 온도 만큼 회전 비율을 측정해서, 그것 개별적인 분자의 회전 에너지론을 더 이해하는 Arrhenius 작의를 만들기 위하여 가능합니다 증가됩니다.

회전자의 알킬 테일과 표면 사이 상호 작용을 이해하기 위하여는 우리는 사슬 길이의 기능으로 thioether 분자의 교체를 공부했습니다. 디메틸, 디에틸, dibutyl 및 dihexyl 황하물은 공부되고, 디메틸 황하물을 제외하고 회전자 모두가 7 K.에 정체되었다는 것은 것을 발견되었습니다. 분자 종의 각각은 그 때 그(것)들이 STM 심상 안에 눈에 띄게 자전할 때까지 가열되었습니다.

흥미롭게, 교체에 열 개시는의 또는 좀더의 알킬 테일 2개의 탄소를 가진 공부된 thioether 분자를 위해 거의 똑같기 위하여 찾아냈습니다. 열 개시에 있는 이 고원이 알킬 테일에 있는 자유도 사이 상호 작용 때문이 대 연속적인 분자동역학 계산에 의해 지원된 S 금속 결합 길이 제시됩니다1,2.

더 긴 알킬 사슬로 매인 thioethers와는 다른, 디메틸 황하물 분자는 5 K.에 디메틸 황하물 분자에 의하여 자전된 >10 Hz로 연구 결과가 교체에 아주 낮은 이 분자의 교체, DFT 연구 결과를 더 이해하기 위하여 방벽을 보여준 73 K. Experimental에, 측정하기 에는 너무 빨리 자전할 것을 회전 방벽을 산출하기 위하여 사용되었습니다 보였습니다. 더구나, 이론적인 방법을 사용하여 최소 에너지 흡착 사이트는 결의가 굳 교체의 기계장치는 설명되었습니다. 이 이론적인 결과는 작고, 간단한 분자의 교체가 실제로 오히려 복잡하다는 것을 표시합니다; 디메틸 황하물의3 CH 단이 Au S 유대의 주위에 자전하는 때, 중앙 S 원자는 지상 Au 원자의 주위에 전진합니다2.

회전시키는 분자 회전자가 물리적으로 정체되는 분자지의 사슬로 그것을 "" 어떻게 제동될 수 있는지 보여주는 STM 심상.

일련의 단 하나 분자 조작을 통해 실험합니다, 우리는 기계적으로 서로로 또는 멀리에게서 분자를 교체를 뒤집을 수 있 이따금 전환했습니다. 2개의 회전자가 근접하게 밀리는 경우에, 알킬 사슬 사이 van der Waals 매력 때문에 자전을 중단합니다. 분자 회전자의 필드를 위한 중요한 목표의 한개는 회전 에너지 번식을 공부하기 위하여 명령한 소집을 만들고 있습니다.

dibutyl 황하물 분자의 우리의 기계적인 동원해제는 이웃 분자의 회전 연결을 중재할 정전학과 sterics 사이 복잡한 상호 작용이 있을 것이라는 점을 설명합니다. 이 끝으로, 우리는 Ag/Cu (111의) 표면 합금에 dibutyl 황하물 회전자의 명령한 제 2 소집을 만들었습니다. 이 합금은 hcp와 fcc에 의하여 겹쳐 쌓인 원자의 아주 정규 6각형 소집을 형성하고, thioether 회전자가 정확하게 2.6 nm의 간격과 더불어, 각자 소집되는 것을 허용합니다3,4.

열 에너지의 적은 양은 교체 유도 가능하다는 것을 우리의 이전 연구 결과가 제시하는 동안, 열역학은 온도 기울기이 없을 경우에 유용한 일을 실행하기 위하여 혼자 열 에너지가 이용될 수 없다는 것을 지시합니다. 그러므로, 선택적으로 요구된 몸짓으로 알리는 흥분하는 외부 에너지 자원에 분자 기계에 있는 분대로 그들의 풍부한 잠재력을, 그(것)들 결합을 위한 방법은 충족시키는 분자를 위해 고안되어야 합니다.

이쪽에, 우리는 전류를 사용하여 커맨드에 개별적인 dibutyl 황하물 분자를 자전하기 위하여 공부했습니다. 이 연구 결과를 위해 에너지 자원은 STM 끝에서 고에너지 전자를 통해 공급됩니다. 8 K 이하 온도에 분자가 정체되고 ±0.35 eV 보다는 보다 적게 터널을 파 전압에 많은 시간 동안 안정적으로 imaged 일 수 있었다는 것을 것을 발견되었습니다. 그러나, ±0.35 eV의 위 편견에 화상 진찰은 또는 분자에 STM 끝을 두는 것은 그(것)들이 그들의 3개의 먼 오리엔테이션 사이에서 전환하는 원인이 되었습니다. 동위원소 레테르를 붙이는 실험으로 우리는 이 전기 유도한 교체를 위한 기계장치가 A.c. - 부패하는지 어느 것이 분자의 교체에 H 뻗기이다는 것을 보여줄 수 있었습니다4,5.

이 연구 결과가 실제로 주로 기본의 동안, 훌륭한 분자 회전자의 필드를 위해 앞으로 진보를 이루었습니다. 리처드 50 년 전에 Feynman 그의 꿈을 유용한 기계의 소형화를 보기 위하여 표현했습니다. 우리는 이 시스템의 많은 것을 공부하는 공구가 있는 그러나 오늘날, 우리는 아직도 과학과 기술설계의 각 필드를 통해 nanomachines의 사용을 위한 잠재력 모두를 실현하기 위하여 Feynman가 그의 고명한 주소에서 디스플레이한 상상을 필요로 합니다.

이 연구 결과 및 그것 같이 그 외가 어떤 상점도에 있는 선반에 Feynman의 "swallowable 군의관"를 두지 않는 동안, 우리는 (과학적인 연구 지역 사회) 다만 이 목표 달성으로 필요한 기본적인 과학을 이해하는 것을 시작하고 있습니다. 우리의 연구 결과는 카이랄 분자 회전자를 가진 분자 회전자의 분야 및 그들의 교체5,6 에 카이랄 스캐닝 탐사기 끝의 영향에서 단 하나 분자 회전자의 이 종류의 공용품을 더 다변화하는 것을 계속하고 있습니다6,7.


참고

1. Baber A.E. 그 외 여러분 ACS Nano 2, 2385-2391 (2008년).
2. Tierney, H.L. 그 외 여러분 J. Phys. Chem. C 113, 10913-10920 (2009년).
3. Tierney, H.L. 그 외 여러분 J. Phys. Chem. C 114, 3152-3155 (2010년).
4. Bellisario, D.O.; Baber, A.E.; Tierney, H.L.; Sykes, E.C.H.J. Phys. Chem C 113, 5895-5898 (2009년).
5. Tierney, H.L. 그 외 여러분 Chem. Eur. J. 15, 9678-9681 (2009년).
6. Tierney, H.L.; 한, J.W.; Jewell, A.D.; Iski, E.V.; Baber, A.E.; Sholl, D.S.; Sykes, E.C.H.J. Phys. Chem. 압박에서 C (2010년).
7. Tierney, H.L.; Jewell, A.D.; Baber, A.E.; Iski, E.V.; Sykes, Phys에 E.C.H. Submitted. Lett 목사. (2010년).

, 저작권 AZoNano.com 찰리 Sykes (술 대학) 교수

Date Added: Nov 21, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:23

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