Maak van een molecuul een transistor en je kunt het individueel doormeten met terahertzspectrometrie. Met een buckyball als moleculair proefkonijn wisten Japanse onderzoekers dit te bewijzen, schrijven ze in Nature Photonics.

Tot nu toe kon je met deze methode alleen grote aantallen moleculen tegelijk bestuderen. Het frequentiegebied (rond de 10¹² Hz, tussen infrarood en microgolven in) is perfect om ze aan het trillen te brengen. Maar je kunt de bundel niet focusseren op een enkel molecuul om de simpele reden dat de golflengte 100.000 keer groter is.

Kazuhiko Hirakawa en collega’s van de universiteit van Tokio lossen dit op door het molecuul (hier een C60-buckyball, maar dat is puur voor het gemak) op te hangen tussen twee puntige goudelektrodes, die dienen als source en drain van een single molecule transistor-configuratie. De derde elektrode, de gate, ligt er onder in de vorm van een film van een nikkelchroomlegering met een isolerend aluminiumoxidehuidje.

De source en de drain vormen samen een bowtie (vlinderdas) die werkt als krachtige antenne en inkomende terahertzstraling concentreert in de buckyball. Het plasmonische effect van het metaal versterkt dit nog.

Bij bepaalde frequenties brengt de geabsorbeerde straling de complete buckyball aan het trillen rond zijn eigen zwaartepunt. Hierdoor verandert de elektrische geleiding, en dat kun je detecteren via de elektrodes. Het gaat om verschillen in de ordegrootte van femtoampères, maar de proefopstelling heeft daar geen moeite mee.

De Japanners hebben zelfs een tunneleffect in beeld kunnen krijgen waarbij een elektron uit een van de elektrodes tijdelijk overspringt naar de trillende buckyball (wat zonder die trilling nooit lukt!). De negatief geladen buckyball trilt bij een iets lagere frequentie, en ook dat kun je meten.

Uiteraard is dit niet meer dan een proof of principle. Ongetwijfeld zijn er moleculen die veel interessanter zijn om op deze wijze door te meten.

bron: University of Tokyo