ماشین آلات نانومقیاس کاربردهای زیادی از جمله دارورسانی، فناوری ترانزیستور تک اتمی یا ذخیره سازی حافظه دارند. با این حال، ماشین آلات باید در مقیاس نانو مونتاژ شوند که یک چالش قابل توجه برای محققان است.
برای مهندسان فناوری نانو، هدف نهایی این است که بتوانند ماشین آلات کاربردی را به صورت جزئی در مقیاس نانو مونتاژ کنند. در دنیای ماکروسکوپی، ما می‌توانیم به سادگی اقلامی را برای جمع‌آوری آنها بگیریم. دیگر غیرممکن نیست که مولکول‌های منفرد را «چاپ» کنیم، اما ماهیت کوانتومی آنها پاسخ آنها به دستکاری را غیرقابل پیش‌بینی می‌کند و توانایی جمع‌آوری مولکول‌ها را یک به یک محدود می‌کند. این چشم‌انداز اکنون به لطف تلاش‌های بین‌المللی به رهبری مرکز تحقیقات یولیخ از جامعه هلمهولتز در آلمان از جمله محققان دپارتمان شیمی دانشگاه وارویک، یک قدم به واقعیت نزدیکتر شده است.
در روزنامه، ‘پتانسیل تثبیت یک مولکول ایستاده، منتشر شده در 10هفتم نوامبر 2021 در مجله پیشرفت علمیک تیم بین المللی از محققان توانسته اند مکانیسم تثبیت عمومی یک مولکول ایستاده را آشکار کنند که می تواند در طراحی منطقی و ساخت دستگاه های مولکولی سه بعدی در سطوح استفاده شود.
میکروسکوپ کاوشگر روبشی (SPM) چشم انداز ساخت در مقیاس مولکولی را به واقعیت نزدیکتر کرده است، زیرا قابلیت تنظیم مجدد اتم ها و مولکول ها بر روی سطوح را ارائه می دهد و در نتیجه امکان ایجاد ساختارهای فراپایدار را فراهم می کند که خود به خود تشکیل نمی شوند. با استفاده از SPM، دکتر کریستین واگنر و تیمش توانستند با یک مولکول ایستاده، پریلن- تترا کربوکسیلیک دی‌هیدرید (PTCDA) روی سطحی تعامل کنند تا پایداری حرارتی و دمایی را که در آن مولکول از پایداری خارج می‌شود و دوباره به داخل می‌افتد، بررسی کنند. حالت طبیعی آن جایی که به صورت صاف روی سطح جذب می شود. این دما در -259.15 درجه سانتیگراد است که تنها 14 درجه بالاتر از نقطه صفر مطلق درجه حرارت است.
محاسبات شیمیایی کوانتومی که با همکاری دکتر راینهارد ماورر از دپارتمان شیمی دانشگاه وارویک انجام شد، توانست نشان دهد که پایداری ظریف مولکول از رقابت دو نیروی کوانتومی متقابل قوی ناشی می‌شود، یعنی جاذبه دوربرد از سطح و نیروی بازگردانی کوتاه برد ناشی از نقطه لنگر بین مولکول و سطح.
دکتر راینهارد مورر، از دپارتمان شیمی دانشگاه وارویک می‌گوید:
“توازن برهمکنش‌هایی که از سقوط مولکول جلوگیری می‌کند بسیار ظریف است و یک چالش واقعی برای روش‌های شبیه‌سازی شیمیایی کوانتومی ما است. این پروژه علاوه بر آموزش مکانیسم‌های اساسی که چنین نانوساختارهای غیرعادی را تثبیت می‌کنند، به ما کمک کرد تا ارزیابی و بهبود پیدا کنیم. قابلیت های روش های ما.”
دکتر کریستین واگنر از موسسه پیتر گرونبرگ برای نانو علوم کوانتومی (PGI-3) در مرکز تحقیقاتی یولیچ اظهار می کند:
“برای استفاده تکنولوژیکی از خواص کوانتومی جذاب تک تک مولکول ها، باید تعادل مناسب را پیدا کنیم: آنها باید روی یک سطح ثابت شوند، اما بدون تثبیت بیش از حد آنها، در غیر این صورت این خواص را از دست می دهند. مولکول های ایستاده از این نظر ایده آل هستند. احترام.
اکنون که فعل و انفعالاتی که باعث ایجاد یک مولکول پایدار می شود شناخته شده است، تحقیقات آینده می تواند به سمت طراحی مولکول های بهتر و پیوندهای سطح مولکول برای تنظیم این برهمکنش های کوانتومی کار کند. این می‌تواند به افزایش پایداری و دمایی که در آن مولکول‌ها می‌توانند به آرایه‌های ایستاده به سمت شرایط کار تبدیل شوند، کمک کند. این امر چشم انداز نانوساخت ماشین آلات در مقیاس نانو را افزایش می دهد.
منبع داستان:
مواد ارائه شده توسط دانشگاه وارویک. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.