There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Roterande Molekylar in i Bilar

vid Professorn Charlie Sykes

Professorn Charlie Sykes, Sykes ForskningGrupp, Tufts Universitetar
Motsvarande författare: charles.sykes@tufts.edu

Den molekylära Stunden bearbetar med maskin drivande vid kemiskt, lätt, eller termiska energier kan vara den fann alltigenomnaturen, lite framsteg har gjorts in mot att skapa syntetmaterialmotstycken. Mellanrummet mellan naturen och nanotechnology återstår den inskränkt grundöverenskommelsen av överföringen av energi till mekaniskt vinkar tack vare på nanoscalen.

Överenskommelse och aktivering av rotationen av individen som molekylar ytbehandlar på, är ett avgörande kliver in mot utvecklingen av nanoscaleapparater liksom vätska pumpar, avkännare, fodrar fördröjningen, och mikrovågsignalerandeapplikationer. Ytbehandlar har ett För en tid sedan nytt, stabilt och robustt system av molekylära rotorer som består av destinerade thioethermolekylar (RSR) som belägger med metall, erbjudit en metod med som till studien rotationen av individmolekylar som en fungera av temperaturen, molekylär kemi, närhet av neighboring molekylar och den elektriska strömmen.

Våra initiala studier använde den dibutyl sulfiden för enkel symmetrisk thioether. Dessa molekylar adsorberar för att belägga med metall ytbehandlar via centralsvavelatomen, och rotation av alkylsvanarna uppstår runt om centralen S-Belägger med metall förbindelsen. Dessa molekylar verkar sexhörniga, som de roterar superpositionen av tre likvärdigt riktningar med hänsyn till som sexhörnig-packas, ytbehandlar tack vare nedanfört.

Rotation av dessa molekylar på 80 K uppstår snabbare än Time-fjäll av scanningen som gräver microscopy som (STM) avbildar (~2 minut/avbildar), så det var inte möjligheten som decouple de lade över riktningarna på denna temperatur. På att kyla systemet vidare (till 5 K) var det möjligheten som ska observeras att de dibutyl sulfidmolekylarna för singeln i statisk elektricitet placerar, som deras rotation stannades.

STM avbildar av tre molekylära rotorer, precis 1 nanometer brett, snurr på över 1.000.000 tider per understöder, när det värmas till en temperatur av 78 Kelvin (- 320 F).

den tillåtna Låg-Temperaturen STM mätningen av rotationen av de dibutyl sulfidmolekylarna som en fungera av temperaturen och quantificationen av både den driftiga barriären och pre-exponential- dela upp i faktorer för deras vinkar. I dessa mätningar kretsar återkopplingen (som är normalt van vid modulerar STM-spetshöjden för att underhålla en konstant grävaström), vänds av, och grävaströmmen övervakas med hänsyn till tid (I vs. t). Genom att mäta det rotations, klassa, som temperaturen ökas, det är möjligheten som skapar Arrhenius täppor vidare att förstå rotationsenergeticsen av individmolekylarna.

Att förstå växelverkan mellan alkylsvanarna av rotoren och ytbehandla kedjar vi som är utstuderade rotationen av thioethermolekylar som en fungera av, längd. Dimethyl, diethyl, dibutyl och dihexylsulfider var utstuderade, och det fanns att alla av rotorer undantar dimethyl sulfid var statisk elektricitet på 7 K. Varje av den molekylära arten värmdes därefter, tills de roterade synligt inom STM avbildar.

Interestingly fanns den termiska starten till rotation för att vara nästan identisk för utstuderade thioethermolekylar med alkylsvanar av två kol eller mer. Det är föreslaget att denna platå i termisk start var ett samspel mellan grader av frihet i alkylsvanen vs. S-Belägger med metall tack vare förbindelselängden, som stöttades av följande molekylära dynamikberäkningar1,2.

I Motsats Till längre alkyl-kad thioethers sågs dimethyl sulfidmolekylar för att rotera för snabbt för att mäta på 7 K. Experimentell som studier visade en mycket låg barriär till rotation, som den dimethyl sulfiden molekylar roterande >103 Hertz på 5 K. För att vidare förstå denna molekyl rotation, DFT-studier var van vid beräknar rotationsbarriären. Också genom att använda teoretiska metoder var platsen för adsorption för minimumenergi beslutsam, och mekanismen av rotation belystes. Dessa teoretiska resultat indikerar att rotationen av en liten enkel molekyl är faktiskt det snarlika komplex; som CH-3 grupperna av dimethyl sulfid roterar runt om Au-sförbindelsen, precesses atomen för central S runt om en ytbehandlaAuatom2.

STM avbildar visning hur en molekylär rotor för snurr kan ”bromsas” av fysiskt röra det in mot en kedja av statisk elektricitetmolekylar.

Till Och Med en serie av singel-molekyl behandlig experimenterar, har vi kopplat mekaniskt rotationen 'På/av' vändbart vid flyttning molekylarna in mot eller i väg från en another. Om två rotorer skjuts tätt tillsammans, stoppar de att rotera tack vare skåpbil der Waals som dragningen mellan alkylen kedjar. Ett av ha som huvudämnemålen för sätta in av molekylära rotorer skapar beställde samlingar med som till studierotationsenergiförökningen.

Vår mekaniska inaktivering av dibutyl sulfidmolekylar visar att det ska finns ett komplext samspel mellan stericsen och elektrostatik som ska, medla rotationskoppla ihop av neighboring molekylar. In Mot detta avsluta, oss har skapat beställde 2D samlingar av dibutyl sulfidrotorer på en Ag/Cu (111) ytbehandlar legerar. Detta legerar bildar mycket en sexhörnig samling för stamgäst av hcp och fcc staplade atoms och låter thioetherrotorerna vara exakt själv-församlade, med göra mellanslag av 2,6 nm3,4.

Fördriva våra föregående studier avslöjde, att lilla belopp av termisk energi är kapabla av framkallande av rotation, thermodynamicsdiktat att termisk energi bara inte kan vara van vid utför användbart arbete i frånvaroen av en temperaturlutning. Därför för att molekylar ska möta deras fulla potentiellt, som delar i molekylärt bearbetar med maskin, måste metoder för att koppla ihop dem till yttre källor av energi, som selektivt upphetsar önskad vinkar, planeras.

Till detta avsluta, oss har utstuderat genom att använda en elektrisk ström för att rotera individen som dibutyl sulfidmolekylar befaller på. För dessa studier levereras källan av energi via kickenergielektroner från STM-spetsen. Det fanns att på temperaturer nedanföra 8 K molekylarna var statisk elektricitet och kunde fast avbildas för många timmar på att gräva spänningar mindre än eV ±0.35. Emellertid endera när du avbildar eller att placera STM-spetsen över molekylarna på snedheter ovanför eV ±0.35 orsakade dem för att koppla mellan deras tre avlägsna riktningar. Med isotopic märkande experiment var vi kompetent att visa att mekanismen för denna elektrisk-framkallade rotation är A.C. - H-elasticitet vilken förfaller till rotationen av molekylen4,5.

Fördriva dessa studier är mestadels grunden i natur, dem har gjort storekliv framåt för sätta in av molekylära rotorer. Femtio år sedan Richard Feynman uttryckte hans drömmar för att se att miniatyriseringen av användbart bearbetar med maskin. I Dag bearbetar stunden vi har, till studien många av dessa system, stillar vi behov fantasin som Feynman visade i hans berömdt tilltalar för att realisera att alla av potentiellt för bruket av nanomachines över varje sätter in av vetenskap och att iscensätta.

Fördriva denna studie, och andra något liknande som den inte har satt Feynmans ”swallowable kirurgar” på, bordlägger i någon diversehandel, oss (den vetenskapliga forskninggemenskapen) är precis början som förstår den nödvändiga grundvetenskapen in mot att uppnå dessa mål. Våra studier fortsätter i sätta in av molekylära rotorer med chiral molekylära rotorer, 5,6 och påverkan av chiral scanningsondspetsar på deras rotation för att vidare att diversifiera det nytto- av denna klassificerar av singelmolekylrotorer6,7.


Hänvisar till

1. Baber A.E. o.a. ACS Nano 2, 2385-2391 (2008).
2. Tierney H.L. o.a. J. Phys. Chem. C 113, 10913-10920 (2009).
3. Tierney H.L. o.a. J. Phys. Chem. C 114, 3152-3155 (2010).
4. Bellisario D.O.; Baber A.E.; Tierney H.L.; Sykes E.C.H.J. Phys. Chem C 113, 5895-5898 (2009).
5. Tierney H.L. o.a. Chem. Eur. J. 15, 9678-9681 (2009).
6. Tierney H.L.; Han J.W.; Jewell A.D.; Iski E.V.; Baber A.E.; Sholl D.S.; Sykes E.C.H.J. Phys. Chem. C (2010) I Press.
7. Tierney H.L.; Jewell A.D.; Baber A.E.; Iski E.V.; Sykes E.C.H. Sändning till Phys. Rev. Lett. (2010).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Charlie Sykes (TuftsUniversitetar)

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit