Μοριακές διεπαφές ως δομικά στοιχεία για καινοτόμους αισθητήρες και συσκευές αποθήκευσης δεδομένων

Ένα μοντέλο πολυλειτουργικής διεπαφής με βάση πορφυρίνη για περιστροφική εναλλαγή και συντονισμό. Πίστωση: Forschungszentrum Jülich

Οι μοριακές διεπαφές που σχηματίζονται μεταξύ μετάλλων και μοριακών ενώσεων έχουν τεράστιο δυναμικό ως δομικά στοιχεία για μελλοντικές οπτοηλεκτρονικές και περιστροφικές ηλεκτρονικές συσκευές. Τα σύμπλοκα μεταβατικού μετάλλου φθαλοκυανίνης και πορφυρίνης είναι πολλά υποσχόμενα συστατικά τέτοιων διεπαφών. Οι επιστήμονες στο Forschungszentrum Jülich, μαζί με μια ομάδα διεθνών επιστημόνων, αναπτύσσουν ένα πρότυπο σύστημα για το σχεδιασμό τέτοιων συσκευών με μοναδικές λειτουργίες και τη βελτίωση της απόδοσης σταθεροποιώντας και συντονίζοντας τις καταστάσεις περιστροφής και οξείδωσης των συμπλεγμάτων με ακρίβεια νανοκλίμακας. Μεταξύ άλλων, ανακάλυψαν έναν μηχανισμό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον για την αποθήκευση πληροφοριών σε πορφυρίνες ή για την ανάπτυξη εξαιρετικά ευαίσθητων αισθητήρων για την ανίχνευση τοξικού διοξειδίου του αζώτου.


Μερικές από τις πιο σημαντικές διαδικασίες στα βιολογικά συστήματα καταλύονται από ένζυμα που περιέχουν μεταλλικά ιόντα, όπου η απρόσμενη αντίδραση αντιστοιχεί σε χαμηλότερες καταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, οι πορφυρίνες, μια κατηγορία μορίων χρωστικής, εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση στα φυτά και στη μεταφορά οξυγόνου στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Εμπνευσμένοι από τις βιολογικές τους λειτουργίες, οι επιστήμονες έχουν αναθέσει στις πορφυρίνες ένα ευρύ φάσμα τεχνολογικών χρήσεων. Ωστόσο, οποιαδήποτε πρακτική εφαρμογή αυτών των μεταλλικών-οργανικών συμπλεγμάτων στην τεχνολογία θα απαιτούσε νανοκλίμακα ελέγχου των μοριακών ιδιοτήτων που πρόκειται να αξιοποιηθούν.

Μια ομάδα επιστημόνων από το Forschungszentrum Jülich εργάζεται σε αυτά τα συστήματα εδώ και αρκετό καιρό με στόχο τον συντονισμό των ηλεκτρονικών και μαγνητικών ιδιοτήτων τους και την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις στη διεπαφή. “Κάναμε το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση συνδέοντας νικέλιο πορφυρίνης με χαλκό, η οποία είναι μια πολύ αντιδραστική επιφάνεια. Αυτός ο μοναδικός συνδυασμός έχει ορισμένες πραγματικά ενδιαφέρουσες ιδιότητες: για παράδειγμα, ο χαλκός ενισχύει τη σημαντική μεταφορά φορτίου στις πορφυρίνες. Επιπλέον, οδηγεί σε μείωση Το κεντρικό μέταλλο, το νικέλιο, φέρνει τις ιδιότητες αυτού του συστήματος πιο κοντά στα βιολογικά συστήματα που μας ενέπνευσαν κατ ‘αρχήν. Ως αποτέλεσμα, αναρωτηθήκαμε, γιατί να μην προχωρήσουμε ακόμη περισσότερο, χρησιμοποιώντας τη «υψηλή αντιδραστικότητα του Ni (I);» εξηγεί Δρ Vitaly Vier του Ινστιτούτου Peter Grunberg στο Jülich.

Πράγματι, χαμηλής ισχύος ακόρεστα ιόντα μετάλλου Ni (I) είναι διαθέσιμα σε αυτήν τη διεπαφή για κατάλυση, και η σύνδεση αξονικών δεσμών, όπως μικρά διατομικά μόρια, προσφέρει μεγαλύτερο έλεγχο της κατάστασης οξείδωσης και περιστροφής. Αυτό που φάνηκε να είναι μια απλή προσέγγιση οδήγησε σε ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις: για παράδειγμα, η έκθεση της μοριακής διεπαφής σε χαμηλή δόση διοξειδίου του αζώτου μετέφερε το ιόν νικελίου σε υψηλότερο επίπεδο. συνθήκη περιστροφήςΤο Ακόμα και σε ένα θαμμένο πολυστρωματικό σύστημα, το χημικώς ενεργό ιόν νικελίου χαμηλής ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διοξείδιο του αζώτου, παρέχοντας επιλεκτική ρύθμιση των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του μεταλλικού κέντρου.

Η περιστροφική εναλλαγή του αξονικού συντονισμού των συνδέσμων στη διεπαφή είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία και η αρχική κατάσταση μπορεί να αποκατασταθεί μέσω ελαφριάς ανόπτησης της διεπαφής. Ενώ το νικέλιο λειτουργεί ως αντίστροφος διακόπτης περιστροφής σε θερμοκρασία δωματίου, η ηλεκτρονική δομή της ραχοκοκαλιάς του μακροκυκλώματος, στην οποία καθορίζονται κυρίως τα οριακά τροχιακά, δεν αλλάζει. “Ο λόγος για αυτό είναι ότι η ισχυρή επαφή πορφυρίνης με το υπόστρωμα φαίνεται να δρα ως ενεργειακό ισότοπο, αποτρέποντας περαιτέρω μηχανικές τροποποιήσεις που προκαλούνται από το λεγόμενο παροδικό φαινόμενο της επιφάνειας”, λέει η Iulia Cojocariu, Ph. Μαθητής στο Ινστιτούτο Peter Grünberg. Αυτή η μέθοδος δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ σε θερμοκρασία δωματίου και έχει τη δυνατότητα να αξιοποιηθεί στο μέλλον για την αποθήκευση πληροφοριών σε αυτήν πορφυρίνες Or για την κατασκευή εξαιρετικά ευαίσθητων αισθητήρων για την ανίχνευση επικίνδυνων ουσιών όπως το διοξείδιο του αζώτου.

Η αναζήτηση δημοσιεύτηκε στο ΜικρόΤο


Λεπτομέρειες για το φαινόμενο Kondo, ένα μόριο κάθε φορά


περισσότερες πληροφορίες:
Henning Maximilian Sturmeit et al., Θερμοκρασία δωματίου κατά την περιστροφή, εναλλαγή και ρύθμιση σε πολυλειτουργική διεπαφή με βάση πορφυρίνη, Μικρό (2021). DOI: 10.1002 / smll.202104779

Πληροφορίες περιοδικού:
Μικρό

το απόσπασμα: Μοριακές διεπαφές ως δομικά στοιχεία για καινοτόμους αισθητήρες και συσκευές αποθήκευσης δεδομένων (2021, 19 Οκτωβρίου) Ανακτήθηκε στις 19 Οκτωβρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-10-molecular-interfaces-blocks-sensors-storage.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη αντιμετώπιση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια νέα στρατηγική για να βρουν πλανήτες που περιέχουν ζωή

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *