Stel, je hebt een een verbinding waarin twee waterstofatomen als een soort tweenheid optreden. Kom je daarbij in de buurt met een koperatoom, dan klapt de verbinding om waarmee dat duo met de rest van het molecuul verbonden is. Dat ziet er voor deze simpele ziel uit als een kandidaat voor een eenheid (0,1) van een uiterst compact computergeheugen. Die verbinding waaraan Duitse, Engelse en Poolse onderzoekers hun waarnemingen deden was porfyceen (C20H14N4), een type verbinding verwant aan porfyrine dat ook in de natuur een rol heeft.
In het centrum van het molecuul zit een lege plek, omringd door stikstofatomen en twee waterstofatomen (een kern van een waterstofatoom bestaat uit één proton). Dat protonduo kan bewegen. Dat doen ze altijd tegelijkertijd, zo bleek de Poolse academieonderzoeker Jacek Waluk, die daar jaren studie naar deed. Waluk kwam in contact met onderzoekers van het Fritz-Haber-instituut in Berlijn. Die hadden de beschikking over een rastertunnelmiscroscoop, waarmee het porfyceenmolecuul perfect in beeld kan worden gebracht. De onderzoekers ‘plakten’ porfyceenmoleculen op een plaat van perfect kristallijn koper. Dat was nog niet eenvoudig, omdat de moleculen neigden naar groepsvorming. Vervolgens werd bij uiterst lage temperatuur van 5 graden boven het absolute nulpunt (5 K) het molecuul bekeken. Er was iets raars mee. Waluk: “We waren nogal verrast door de vorm die het molecuul op die koperplaat aannam. Ondanks dat ik jaren met porfyceen werk, had ik dat nog nooit gezien. In plaats dat de protonen de tegenoverliggende positie in een viervlak zouden vormen, zoals te verwachten, gingen de protonen naast elkaar zitten.” Met een enkele koperatoom op de tip van de microscoop werd vervolgens het molecuul benaderd. Dat bleek van invloed op de positie van het protonenduo. Ze klapten om, afhankelijk van de positie van het koperatoom aan de microscooptip. Een ideale binaire schakelaar (aan/uit of 0,1) en meteen kandidaat voor een uiterst kleine eenheid van een computergeheugen. Het koperatoom hoefde maar 1 nm (eenmiljardste meter) te bewegen of het omklappen was een feit. “Het lijkt er op dat de gevoeligheid van het molecuul voor de nabijheid van een ander atoom normaal is in de natuur. Dit verschijnsel kan worden gebruikt voor nanomachines die informatie verwerken op het niveau van een enkel molecuul”, zegt Waluk. Juist dus, computergeheugens, maar ook processoren. Ennuh, je hoeft nog niet meteen naar de winkel te rennen…
Bron: Alpha Galileo