启用的分子到马达里

由查理 Sykes 教授

查理 Sykes, Sykes 研究小组教授,簇生大学
对应的作者: charles.sykes@tufts.edu

当化学制品、光或者热能驱动的分子设备可以被找到在本质中时,一点进展取得了往创建综合副本。 本质和纳米技术之间的空白依然是由于对能源调用的有限根本了解到机械行动在 nanoscale。

了解和开动各自的分子的循环在表面的是往 nanoscale 设备的发展的一个关键的步骤例如可变的泵、传感器、延迟线和微波信号应用。 最近包括硫醚分子 (RSR) 的分子电动子一个新,稳定和稳健系统限制对金属表面提供学习各自的分子循环作为温度、分子相邻的分子化学、接近度和电流功能的方法。

我们的首字母研究使用了简单,对称的硫醚二丁基的硫化物。 这些分子吸附对金属表面通过中央硫磺原子,并且烷基尾标的循环在中央 S 金属债券附近发生。 当他们转动由于三个等同的取向的叠置关于下面,六角充满表面这些分子看上去六角。

这些分子的循环在 80 K 比时间表尺度快速地发生扫描挖洞显微学 (STM)想象 (~2 分钟/图象),因此分离被叠加的取向在此温度是不可能的。 当进一步冷却系统后 (到 5 K) 观察在静止姿势的唯一二丁基的硫化物分子是可能的,因为他们的循环止步不前了。

三个分子电动子的 STM 图象, 1 毫微米宽,空转在 1,000,000 次期间每秒,当加热对温度 78 凯尔文 (- 320 F)。

低温 STM 允许二丁基的硫化物分子的循环的评定作为温度和精力充沛的障碍和前指数系数的量化功能他们的行动的。 在这些评定通常用于调整 STM 技巧高度为了维护常数挖洞当前) 的反馈环路 (被关闭和挖洞当前监控关于时间 (It)。 通过评定旋转的费率当这个温度增加,它是可能创建 Arrhenius 剧情进一步了解各自的分子的旋转的能学。

要了解电动子烷基尾标和表面之间的交往我们学习硫醚分子的循环作为链长功能。 二甲基,二乙基,二丁基和 dihexyl 硫化物被学习了,并且发现所有除了二甲基硫化物的电动子是静态的在 7 K。 然后加热了其中每一个这个分子种类,直到他们在 STM 图象内明显地转动。

有趣地,发现对循环的热量起始几乎完全相同的为与二碳更烷基尾标的被学习的硫醚分子或。 建议在热量起始的此高原归结于在自由程度的互相作用在烷基尾标的之间与 S 金属钢筋锚着长度,随后的分子动力学计算支持1,2

不同于更长的烷基被束缚的硫醚,二甲基硫化物分子被看见太迅速转动评定在 7 K. 研究显示一个非常低障碍对循环的 Experimental,作为二甲基硫化物分子被转动的 >103 Hz 在 5 K. 为了进一步了解此分子的循环, DFT 研究使用计算这个旋转的障碍。 并且,使用理论上的方法最低的能源吸附站点是确定的,并且循环结构被阐明了。 这些理论上的结果表明一个小,简单的分子的循环实际上是相当复杂的; 当 CH3 组二甲基硫化物在澳大利亚S 债券附近转动,中央 S 原子在一个表面澳大利亚原子附近进动2

显示一个空转的分子电动子如何的 STM 图象可以 “通过实际移动它刹车”往静态分子链子。

通过一系列的单一分子处理试验,我们断断续续机械上切换了循环可逆通过移动分子朝或远离互相。 如果二个电动子靠近被推进,他们终止转动由于在烷基链子之间的 van der Waals 吸引力。 其中一个分子电动子的域的主要目标创建学习转动能传送的被定购的列阵。

我们的二丁基的硫化物分子的机械钝化显示出,将有在将斡旋相邻的分子旋转的联结的 sterics 和静电学之间的复杂互相作用。 往这个末端,我们创建了被定购的第 2 一些在 Ag/Cu (111) 表面合金的二丁基的硫化物电动子。 此合金形成非常正常六角一些 hcp 和 fcc 被堆积的原子,并且允许硫醚电动子自精密地汇编,与间隔 2.6 毫微米3,4

当我们的早先研究表示时少量热能能够导致循环,热力学指明单独热能不可能用于在没有温度差时进行有用的工作。 所以,为了分子能满足他们的潜能作为在分子设备的要素的外部能源必须构想耦合的他们方法对选择性地激发希望的行动。

为此,我们学习使用电流转动在指令的各自的二丁基的硫化物分子。 对于这些研究能源通过高能电子被供应从 STM 技巧。 发现在温度在 8 K 以下分子比 ±0.35 eV 是静态的,并且可能稳定地是印象的在许多时数在挖洞电压。 然而,想象或确定在分子的 STM 技巧在 ±0.35 eV 上的偏心造成他们切换在他们的三个遥远的取向之间。 同位素标记的实验我们能向显示此电子诱发的循环的结构是 A.c. - H 舒展哪些腐朽对这个分子的循环4,5

当这些研究是主要根本的本质上时,他们使了不起的大步向前为分子电动子的域。 五十年前理查 Feynman 表示他的梦想发现有用的设备的小型化。 今天,而我们有学习的工具许多这些系统,我们仍然需要 Feynman 在他的著名地址显示发挥所有潜在为对在科学和工程间的每个域的 nanomachines 的使用的想象力。

当此研究和其他象在架子上未把 Feynman 的 “可吞吃的外科医生放”在任何存储时,我们 (科学研究社区) 开始了解必要的根本科学往达到这些目标。 我们的研究在分子电动子的域有手性的分子电动子的和5,6 手性的扫描探测技巧的影响继续对他们的循环为了进一步多样化唯一分子电动子此选件类的实用程序6,7


参考

1. Baber A.E。 等 ACS 纳诺 2, 2385-2391 (2008)。
2. Tierney, H.L. 等 J. Phys。 Chem。 C 113, 10913-10920 (2009)。
3. Tierney, H.L. 等 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. 等 Chem。 Eur. J. 15, 9678-9681 (2009)。
6. Tierney, H.L.; 韩, J.W.; Jewell, A.D.; Iski, E.V.; Baber, A.E.; Sholl, D.S.; Sykes, E.C.H.J. Phys。 Chem。 C (2010) 在新闻中。
7. Tierney, H.L.; Jewell, A.D.; Baber, A.E.; Iski, E.V.; Sykes, E.C.H. Submitted 的给 Phys。 Lett。 (2010)。

版权 AZoNano.com,查理 Sykes (一束大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 03:54

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