Koolstof nanobuisjes en magnetische moleculen vormen de bouwstenen voor de toekomstige nano-elektrische systemen. Zowel de elektrische als mechanische eigenschappen spelen daarbij een rol. Onderzoekers van het Karlsruher Institut für Technologie (KIT), het Institut Néel in Grenoble en het Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS) hebben de twee onderdelen op atomair niveau samengebracht en een kwantummechanisch systeem met nieuwe eigenschappen gevormd.
In het experiment gebruikten de onderzoekers een koolstof nanobuisje, dat tussen twee metalen elektroden op ongeveer een micrometer afstand was gespannen en mechanisch kon trillen. Daarop brachten ze een organisch molecuul aan, dat dankzij een ingebouwd metaalatoom een magnetisch moment had dat door een uitwendig magnetisch veld kon worden uitgericht.
De spin van het molecuul (oranje) klapt om und vervormt het nanobuisje (zwart) dat tussen twee elektroden (goud, zie foto boven) is opgespannen.
In deze opstelling konden ze aantonen, dat trillingen van het buisje direct werden beïnvloed als het spinparallel of antiparallel ten opzichte van het magnetisch veld stond. Bij het omdraaien van de spin ontstaat een terugstoot, die aan het koolstof nanobuisje wordt doorgegeven en dit in trilling brengt. De trilling verandert de afstand tussen de atomen van het buisje en daarmee de geleiding, die als maat geldt voor de beweging.
Toepassing
De sterke wisselwerking tussen de magnetische spin en hun mechanische trilling opent, behalve de bepaling van de bewegingstoestand van het koolstof nanobuisje, een aantal interessante toepassingsgebieden. Zo kon de massa van aparte moleculen worden bepaald maar ook de magnetische kracht in het nanogebied worden gemeten. Ook het gebruik als klantumbit in een kwantumcomputer zou denkbaar zijn.
Dergelijke wisselwerkingen in de kwantumwereld, in het gebied van discrete energieën en tunnelverschijnselen, zijn belangrijk omdat de nanoscopische effecten in de toekomst ook in macroscopische toepassingen zijn te gebruiken. Vooral de samenhang van spin, trilling en rotatie op nanoniveau zou de weg kunnen openen, zonder klassiek voorbeeld, en echt nieuwe soort technologie kunnen vormen.
