与立式分子的棘手壮举

很长一段时间以来，研究人员已经能够从单个原子产生结构。其中一个例子是DM Eigler和EK Schweizer于1990年在Nature上发表的：用扫描探针显微镜生成了一个由几个氙原子组成的微小IBM徽标。但即使在今天，差不多30年后，我们距离复杂分子直接制造纳米结构还有很长的路要走。虽然分子比原子大得多，但它们更难以控制。“对于原子，取向并不重要。但分子具有特定的形状。例如，它们粘附在表面或显微镜尖端的方向很重要，”Forschungszentrum研究所负责人Stefan Tautz教授说。于利希。

在同行评审期刊“ 自然 ”杂志上，由Tautz研究所的Ruslan Temirov博士领导的研究小组现在提出了一项新的突破性实验，在该实验中，他们成功地定向了一个血小板形状的PTCDA分子，该分子在结构上与石墨烯有关。为此，研究人员使用扫描探针显微镜的尖端将两个银原子附着在分子的边缘，然后将它们抬起，直到它直立在微小的“银色平台”上。

“直到现在，人们都认为这个分子会恢复到它喜欢的位置并且平躺在表面上。但事实并非如此。这个分子在直立方向上非常稳定。即使我们用尖端推动它也是如此。显微镜，它不会翻倒;它只是再次向上摆动。我们只能推测其原因，“该研究的第一作者Taner Esat博士说。

这项工作是开发单分子新生产技术的重要一步。在历史进程中，人类已经学会了如何在越来越小的尺度上控制世界。最终目标是能够制造任意分子结构。这将涉及直接从单个分子组装纳米结构，有点像乐高。应用潜力无限。特别是纳米电子学将从实现基本功能的全新可能性中获益，例如逻辑，存储器，传感器和放大器电路。

“在宏观世界中，生产过程非常复杂。在较小的层面上，我们还没有那么先进。在那里，自然远远超过我们，”Stefan Tautz解释道。在活细胞中，根据其分子特性，分子在自组装机制之后形成。Jülich的PeterGrünberg研究所(PGI-3)的研究人员的目标是超越这种自然范式。通过他们的研究，他们希望开创一种不仅限于少数预定结构的制造技术，而且能够在纳米尺度上基本上自由地创建结构。

“以汽车，电脑和房屋为例。由于大自然不能自发地创造它们，所有这些都必须由我们组装 - 无论是手动还是使用机器。这正是我们在水平上所做的。本实验中的单分子：用我们的双手，我们生产了一种人造亚稳结构，另外还提供了一定的功能，“Stefan Tautz说。

研究人员已成功使用立式分子作为发射单电子的电子源。这种电子源的电子波函数是由分子的化学性质决定的。例如，这种电子源可用于全息术中的应用，其使用发射电子的波特征进行成像。通过这样的实验，研究人员现在期待在制造不寻常的结构和新的功能之间产生有效的相互作用。

显微镜的手控和探头

目前的研究结果之前有几项科学进展。在过去几年中，例如，Jülich研究人员成功地从聚集体和层中选择性地采集单个分子。由Ruslan Temirov博士领导的小组也在努力提高使用单个原子和分子作为探针的显微镜的对比度和分辨率。为此目的，将单个分子或原子作为传感器附着到显微镜的尖端。然后，这些可以显着提高分辨率，从而可以对结构甚至电场进行成像。