Исследователи из научной группы, объединившей физиков из Национального центра научных исследований Франции (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS), Свободного университета Берлина (Free University of Berlin) и Университета Гумбольдта (Humboldt University) впервые измерили электрическую проводимость одиночной очень длинной молекулы.

До сих пор в распоряжении физиков имелись только статистические данные измерений наборов проводов длиной несколько нанометров. Теперь же, благодаря блестящей постановке эксперимента с использованием сканирующего туннельного микроскопа, исследователи получили возможность характеризовать отдельные полимерные цепочки известной длины, вплоть до 20 нм. Результаты экспериментов были опубликованы в недавнем номере журнала Science.

Электронные микросхемы завтрашнего дня будут, по всей видимости, изготавливаться из индивидуальных молекул, соединенных друг с другом посредством «молекулярных электрических проводов» (в качестве которых будут использовать одиночные длинные молекулы). Очевидно, что первым делом ученые должны представлять себе как электрический ток течет по такого рода проводникам. В макромире способность проводить электрический ток, называемая электрической проводимостью, изменяется линейно с длиной и поперечным сечением проводника (точнее, прямо пропорционально поперечному сечению и обратно пропорционально длине проводника).

В масштабе молекулы это правило не работает. Соответственно, необходимо измерить электрический ток, протекающий по одиночной молекуле- проводу, соединенной с парой электродов, и определить, как он меняется в зависимости от длины провода. До настоящего времени все эксперименты проводились с очень короткими проводами (длиной несколько нм) или результаты базировались исключительно на расчетных данных.

Физики из объединенной группы поставили сложный эксперимент для измерения проводимости одиночной молекулы точно определенной длины. Вначале они расположили короткие молекулы на подложке из золота, что инициировало реакцию полимеризации, в результате которой образовались длинные молекулярные цепочки. Затем, по изображениям, сделанным с помощью сканирующего туннельного микроскопа, они отобрали одну из цепочек и химическим путем закрепили один ее конец на металлическом пробнике микроскопа, который, с этого момента, они использовали в качестве одного из электродов. Второй конец молекулярной цепочки оставался на подложке, которая и играла роль второго электрода. Поднимая пробник микроскопа от подложки, исследователи постепенно поднимали цепочку, натягивали ее и формировали молекулярный электрический провод, длина которого регулировалась перемещением пробника от подложки или к ней.

Сканирующий туннельный микроскоп использовали и для измерения длины отобранной молекулярного электропровода (разрешение микроскопа находится на атомарном уровне, что позволяло ученым считать мономеры) и для измереня тока, проходящего через проводник. В результате поставленных экспериментов впервые стало возможным измерение прохождения электрических зарядов через полимерную цепочку изменяемой между двумя электрическими контактами длины (вплоть до 20 нм).

Результаты измерений оказались в хорошем согласии с теоретическими выкладками – ток уменьшается экспоненциально с увеличением длины молекулярной цепочки. Теперь, имея физическую возможность подобных измерений, слово остается за химиками – именно им предстоит подобрать электропроводные молекулы, которые будут способны проводить ток на подобных и больших длинах.

Евгений Биргер