Por muito tempo, a miniaturização foi a palavra mágica da eletrônica. Dr. Willi Auwaerter e Professor Johannes Barth, junto com sua equipe de físicos na Technische Universitaet Muenchen (TUM), agora apresentaram uma nova mudança molecular na revista Nature Nanotechnology . Decisivo para a funcionalidade do switch é a posição de um único próton em um anel de porfirina com um diâmetro interno de menos de meio nanômetro. Os físicos podem definir quatro estados distintos sob demanda.

Porfinas são moléculas em forma de anel que podem mudar de forma flexível sua estrutura, tornando-os úteis para uma ampla gama de aplicações. A tetrafenilporfirina não é exceção:gosta de assumir a forma de sela e não se limita à sua funcionalidade quando está ancorada a uma superfície metálica. A molécula possui um par de átomos de hidrogênio que podem mudar suas posições entre duas configurações cada. À temperatura ambiente, esse processo ocorre continuamente em uma taxa extremamente rápida.

Em seu experimento, os cientistas suprimiram esse movimento espontâneo resfriando a amostra. Isso permitiu que eles induzissem e observassem todo o processo em uma única molécula usando um microscópio de tunelamento de varredura. Este tipo de microscópio é particularmente adequado para a tarefa, uma vez que - em contraste com outros métodos - ele pode ser usado não apenas para determinar os estados inicial e final, mas também permite que os físicos controlem os átomos de hidrogênio diretamente. Em uma etapa posterior, eles removeram um dos dois prótons de dentro do anel de porfirina. O próton restante agora pode assumir qualquer uma das quatro posições. Uma minúscula corrente que flui pela ponta fina do microscópio estimula a transferência de prótons, definir uma configuração específica no processo.

Embora as respectivas posições dos átomos de hidrogênio não influenciem a estrutura básica da molécula nem sua ligação à superfície metálica, os estados não são idênticos. Esta pequena, mas significativa diferença, em conjunto com o fato de que o processo pode ser repetido arbitrariamente, forma a base de um switch cujo estado pode ser alterado até 500 vezes por segundo. Um único elétron em túnel inicia a transferência de prótons.

A chave molecular tem uma área de superfície de apenas um nanômetro quadrado, tornando-o o menor switch implementado até o momento. Os físicos estão entusiasmados com a demonstração e também muito felizes com os novos insights sobre o mecanismo por trás da transferência de prótons resultante de seu estudo. Knud Seufert desempenhou um papel fundamental em seus experimentos:"Operar uma chave de quatro estados movendo um único próton dentro de uma molécula é realmente fascinante e representa um verdadeiro passo em frente nas tecnologias em escala nanométrica."