Het Kondo-effect op maat maken, molecuul voor molecuul

Het ontwerp van moleculaire systemen op oppervlakken is cruciaal voor het fundamentele begrip van elektronisch transport. De ontwikkeling van moleculaire elektronica, spintronische apparaten en kwantumberekeningen zal alleen plaatsvinden samen met de precieze controle over de spintextuur en zijn interactie met de omgeving. Het Kondo-effect is een fenomeen dat veel aandacht heeft getrokken vanwege zijn potentieel in spintronische toepassingen met één molecuul. Het Kondo-effect is het resultaat van de interactie tussen de spin van magnetische onzuiverheden en de geleidingselektronen, wat resulteert in een verandering van de elektrische geleidbaarheid onder bepaalde temperaturen. Dit fenomeen is uitgebreid onderzocht op oppervlakken, in het bijzonder in metalen macrocycli; het magnetisme van lanthanide-coördinatiecomplexen is echter grotendeels onontgonnen.

Onderzoekers van de Nanoarchitectonics on Surfaces Group van IMDEA Nanociencia, geleid door Dr.David Écija, hebben onlangs hun werk over lanthanide-porfyrine-soorten gepubliceerd in het RSC-tijdschrift Nanoschaal. In hun publicatie maakten onderzoekers dysprosium (Dy) porfyrines op een gouden oppervlak en bestudeerden ze hun Kondo-effect. Porfyrines zijn macrocyclische organische verbindingen met interesse als pigmenten, katalysatoren en in moleculaire elektronica. De onderzoekers waren in staat om de Kondo-resonantie uit te schakelen door één waterstofatoom uit de macrocyclus te verwijderen door middel van tip-geïnduceerde spanningspulsen met submoleculaire precisie.

Het werk onder leiding van Dr. Écija combineert het ontwerp op het oppervlak van 2D reticulaire porfyrine nanomaterialen, coördinatiechemie van lanthaniden, lage temperatuur scanning tunneling microscopie en spectroscopie met theoretische DFT-berekeningen. De voorgemetalliseerde soorten met deze Kondo-resonantie kunnen lateraal worden gemanipuleerd om kunstmatige Kondo-roosters samen te stellen. Dit onderzoeksresultaat, gefinancierd door de European Research Council (ERC), toont het potentieel van tip-geïnduceerde coördinatiechemie voor spintronica die profiteert van de inherente magnetische eigenschappen van f-blokelementen.