p (Phys.org) —Em uma das menores mudanças já feitas, cinco átomos parecem "dançar" em torno uns dos outros em uma sequência coreográfica complexa, com seu arranjo final correspondendo a um de dois estados estáveis. Este movimento combinado de vários átomos é diferente de outros nano switches, que normalmente envolvem o movimento de apenas um único átomo ou molécula. O movimento de vários átomos dá ao switch uma grande vantagem:devido à sua estabilidade, é um dos poucos interruptores de escala atômica capazes de operar em temperatura ambiente em vez de temperaturas criogênicas. p Os pesquisadores, Eiichi Inami, et al., na Universidade de Osaka e no Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão, publicaram seu artigo sobre a temperatura ambiente, dispositivo de comutação em escala atômica em uma edição recente da Nature Communications .

p Nano switches são parte do objetivo maior de desenvolver componentes eletrônicos miniaturizados, onde átomos e moléculas individuais servem como os menores blocos de construção fisicamente possíveis. Os cientistas usam as pontas do microscópio, como aqueles em microscópios de tunelamento de varredura (STMs) e microscópios de força atômica (AFMs), para aplicar pulsos de elétron único que movem átomos e moléculas individuais de forma controlada.

p Embora muitas chaves de escala atômica tenham sido demonstradas usando esses microscópios, a maioria dos interruptores opera apenas em temperaturas criogênicas. Isso ocorre porque o calor causa processos incontroláveis ​​que interferem no movimento atômico, causando comutação em momentos indesejados.

p Para fazer um estábulo, temperatura do quarto, interruptor de escala atômica, os pesquisadores no novo estudo usaram uma ponta de microscópio para coletar átomos de chumbo (Pb) um por um e colocá-los em uma célula de meia unidade confinada em uma superfície de silício (Si). Embora átomos de Pb individuais exibam "salto térmico, "os pesquisadores descobriram que um cluster de três átomos de Pb (Pb ₃ ) é termicamente estável à temperatura ambiente devido ao seu tamanho maior, mas ainda pequeno o suficiente para responder à corrente elétrica da ponta do microscópio.

p Conforme mostrado em experimentos e modelagem, cada célula confinada tem dois arranjos estáveis ​​possíveis de Pb ₃ e átomos de Si. Para alternar entre os estados, uma ponta de microscópio é digitalizada sobre um átomo específico de Pb ou Si, que dispara um movimento complexo envolvendo dois átomos de Pb e três átomos de Si. Os pesquisadores descrevem esse movimento como uma inversão quiral, o que significa que os dois estados estáveis ​​são imagens espelhadas um do outro após serem transladados e girados. Esta "chave quiral" pode ser alternada repetidamente para frente e para trás entre os dois estados, que correspondem a altas e baixas correntes elétricas.

p "Nosso controle de nanoestrutura pode adicionar uma função a um cluster, "Inami explicou para Phys.org . "Como um cluster - uma agregação de algumas centenas de átomos - às vezes exibe propriedades superiores com tamanho e composição específicos, controlar a estrutura do cluster é uma abordagem promissora para a realização de dispositivos em escala atômica. Nossa técnica permite o ajuste adequado do tamanho do cluster e dos átomos constituintes com precisão de um único átomo. Usando este método, controlamos com precisão a estabilidade estrutural de um cluster para que funcione como um interruptor de temperatura ambiente. "

p Geral, a opção demonstra que Pb ₃ pode funcionar potencialmente como uma unidade básica de memória. Para realizar um dispositivo de memória completo, várias células precisam ser integradas em um periódico, matriz bem ordenada. Os cientistas sugerem que processos de automontagem podem ser usados ​​para construir tal dispositivo de memória, e pode levar a registros de densidade ultra-alta e leitura de informações em temperatura ambiente.

p "Acreditamos que essa mudança poderia se tornar uma ferramenta poderosa para a pesquisa básica, "Inami disse." Por exemplo, o switch tem um recurso interessante, que a mudança ocorre entre quiralidade oposta, resultando em uma troca quiral. A tecnologia quiral que visa a síntese de 'compostos enantiopuros' [que têm apenas uma forma quiral] fornece o controle final das reações químicas e tem sido um alvo na física, química, biologia e farmacologia. Nossa abordagem pode construir motivos quirais selecionáveis ​​em posições atomicamente precisas, como a criação de domínios / clusters homoquirais e a alocação de espécies quirais perto de alguns elementos reativos. Isso pode fornecer uma pista para entender basicamente as reações seletivas quirais de uma visão microscópica. "

p No futuro, os pesquisadores planejam aplicar sua técnica para projetar outros dispositivos em nanoescala.

p “Um dos nossos planos futuros é explorar outras novas funcionalidades escondidas em vários clusters, "Inami disse." Nossa técnica para construir clusters definidos atomicamente é amplamente aplicável a vários elementos. Isso nos motiva a criar uma variedade de clusters com diferentes funcionalidades e incorporá-los sistematicamente às regiões desejadas em nanoescala. Acreditamos que isso abre uma nova nanofabricação para alcançar a eletrônica integrada em escala atômica. " p © 2015 Phys.org