מדעני מכון ויצמן חיברו מולקולה אורגנית יחידה למעגל חשמלי באמצעות שרשרת אטומים

מגמת המיזעור המתמשכת של ההתקנים האלקטרוניים נתקלת בקשיים לא מבוטלים כשהיא מגיעה לסדרי גודל ננומטריים. המדענים יודעים להוליך חשמל דרך מולקולה בודדת, ואף לנצל את מבנה המולקולה, כדי להשפיע על התנהגות הזרם החשמלי העובר דרכה

מגמת המיזעור המתמשכת של ההתקנים האלקטרוניים נתקלת בקשיים לא מבוטלים כשהיא מגיעה לסדרי גודל ננומטריים. המדענים יודעים להוליך חשמל דרך מולקולה בודדת, ואף לנצל את מבנה המולקולה, כדי להשפיע על התנהגות הזרם החשמלי העובר דרכה (בדומה לדרך שבה קובע מבנה של מולקולה מסוימת המשמשת כתרופה את פעילותה הכימית והרפואית). כך, למשל, אפשר לייצר מולקולות המתנהגות כמתג חשמלי או כמעין שסתום, המאפשר לזרם לזרום בכיוון מועדף.

כדי להשתמש במולקולות כאלה כבהתקנים אלקטרוניים, מבקשים המדענים לחבר אותן לחוטי חשמל זעירים. אלא שעד כה אפשר היה להעביר זרם חשמלי דרך מולקולות בודדות רק כאשר הן לכודות בין שני חוטים מוליכי חשמל הגדולים מהן בכמה סדרי גודל. ד"ר אורן טל ותלמידי המחקר תמר ילין, רן ורדימון ונטליה קוריץ, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, עשו באחרונה צעד משמעותי לקראת שיפור היכולת הזאת. הם הצליחו לחבר מולקולה אורגנית בודדת לחוט החשמל הקטן ביותר בטבע: שרשרת של אטומי המתכת פלטינה.

המדענים לכדו מולקולה בודדת בין שני חוטי פלטינה הגדולים בהרבה מהמולקולה –  ומיד אחר כך הגדילו את המרחק בין החוטים. בשלב זה "נשלפים" אטומי פלטינה מהאלקטרודות בזה אחר זה, ויוצרים שרשרות אטומיות הקשורות למולקולה מצד אחד ולאחד מחוטי המתכת מצד שני. ממצאים אלו תוארו באחרונה במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nano Letters.

החוקרים גילו, כי ההולכה החשמלית של המבנה החדש אינה נפגעת כאשר מאריכים את השרשרת האטומית – תכונה שימושית כאשר מעוניינים בהעברת אות חשמלי למרחק, מבלי שעוצמתו תפחת. בניסויים עם מולקולות אורגניות שונות התגלה, כי היכולת לחווט מולקולה אורגנית בודדת בעזרת שרשרת של אטומי פלטינה אינה מוגבלת למבנה מולקולה יחיד, ואפשר להשתמש בשיטה זו בעבודה עם מולקולות שונות.

הבנת תכונות המבנה החדש ואופי הקשר הכימי בין שרשרת האטומים והמולקולה התאפשרו הודות לשימוש במודלים חישוביים שפיתחו חברי קבוצות המחקר של פרופ' ליאור קרוניק מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, ופרופ' פרדיננד אברס מהמכון הטכנולוגי קרלסרוהה שבגרמניה.

השימוש במבנה החדש מאפשר כיום למדענים לחקור את תכונות ההולכה החשמלית של מולקולה בודדת כאשר היא קשורה לחוט חשמל בעל ממדים דומים. המדענים אומרים, כי שימוש בתכונות האלקטרוניות המיוחדות של שטח המגע בין מבנים ננומטריים ממשפחות שונות (כלומר, מולקולות אורגניות ושרשרות של אטומי מתכת), עשוי להוות כלי חדש לשליטה בזרם החשמלי ברמה האטומית.