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Controlar el comportamiento de una sola molécula es fundamental para avanzar en las operaciones de lógica molecular y ampliar los límites de la computación a nanoescala. En un avance reciente, un equipo del Laboratorio Jihua en China introdujo un novedoso interruptor Raman de una sola molécula. Este dispositivo es único porque responde tanto al voltaje eléctrico aplicado como a la entrada óptica con diferentes direcciones.
El uso más común de compuestos moleculares en nanoelectrónica es el transporte electrónico, pero su caracterización precisa representa un obstáculo para su desarrollo generalizado. Las investigaciones recientes se centran en la exploración de compuestos moleculares mediante caracterización electrónica. Además del voltaje aplicado, la luz puede influir en el estado molecular y caracterizar estados moleculares. La interacción de la luz con compuestos moleculares es un aspecto adicional en la formación de interruptores moleculares.
Sin embargo, la difracción limita la mayoría de las técnicas de espectroscopía óptica estándar, lo que dificulta la caracterización de sistemas a nanoescala con una resolución espacial extremadamente alta. La ultramicroscopía puede beneficiarse enormemente de los métodos mejorados de campo cercano basados en plasmones de superficie local (LSP) que pueden romper el límite de difracción.
Estos enfoques mejorados de campo cercano permiten métodos de alta precisión para nanorregiones, como métodos de manipulación, procesamiento y medición coherentes para corrientes de túnel en dispositivos nanoelectrónicos.
Los científicos dirigidos por el Dr. En un nuevo artículo, Hai Bi del Laboratorio Jihua en China y sus colegas han presentado un interruptor Raman de una sola molécula que puede controlarse mediante un voltaje aplicado y entradas ópticas que apuntan en diferentes direcciones. Luz: Fabricación Avanzada.
El estudio examinó la influencia combinada del voltaje de polarización y el momento angular óptico de campo cercano en la respuesta Raman de un único compuesto molecular, formando un interruptor molecular. Los cambios conformacionales inducidos óptica y eléctricamente en las uniones metal-molécula-metal unidas covalentemente de TM-TPD se caracterizaron utilizando una plataforma de espectroscopia de unión molecular (MJS) construida en casa.
La punta recubierta de oro de un microscopio de túneles está conectada eléctricamente a un sustrato de oro a través del «cable» molecular no conjugado con π de TM-TPD. Un hallazgo previo de que la conjugación molecular durante la transferencia de carga a través de orbitales moleculares se puede utilizar para activar y desactivar la actividad Raman de la molécula se confirmó utilizando una unión molecular TM-TPD. Este estudio también muestra que se podría utilizar una entrada óptica para controlar el interruptor molecular.
El comportamiento de conmutación se controló estudiando los efectos de la polarización de la luz y las propiedades de simetría resultantes en el campo electromagnético cercano. Una variación en la estructura molecular está asociada con este cambio en la respuesta Raman del compuesto. Con una diferencia de aproximadamente cinco órdenes de magnitud entre los dos estados, la intensidad Raman se puede activar y desactivar variando tanto el lado de iluminación como el voltaje aplicado a la unión.
Se ha demostrado que el momento angular óptico de campo cercano, mejorado por el modo de brecha del plasmón en el compuesto, también puede regular la conformación de compuestos moleculares además del voltaje aplicado a un compuesto de una sola molécula. El modo Raman se activa mediante un voltaje de polarización alto, que provoca una reordenación de la densidad electrónica del compuesto molecular.
La planarización y una mayor conjugación π de la molécula TM-TPD mejoran este modo Raman: un par en el eje Z resulta del momento angular de la luz en una distribución asimétrica del campo electromagnético.
Esto permite que el TM-TPD cambie de conformación, evite el reordenamiento de la densidad de los electrones de transporte y finalmente suprima el modo Raman. Estos estudios demostraron experimentalmente que el momento angular óptico es un mecanismo impulsor del cambio molecular.
Más específicamente, se descubrió que la excitación del momento angular está estrechamente relacionada con la simetría del sistema de campo cercano. Este hallazgo ofrece nuevas posibilidades para la lógica molecular y los estudios del momento angular óptico en la región del campo cercano.
El estudio demuestra cómo se pueden estudiar los fenómenos fisicoquímicos a nivel de una sola molécula y proporciona una plataforma para futuras generaciones de estudios nanomecánicos utilizando sistemas MJS. Tecnológicamente, estos estudios demostraron que las moléculas individuales pueden monitorearse y controlarse con notable precisión, allanando el camino para la computación multilógica de una sola molécula.
Referencia de la revista:
Zi, J. y Alabama. (2023) Influencia del momento angular óptico de campo cercano en los compuestos moleculares. Luz: Fabricación Avanzada. doi:10.37188/lam.2023.034
Fuente: https://english.cas.cn/
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