Denok dakigu behatz bat nahikoa dela paretako etengailua sakatu eta argia pizteko, zer egin beharko genuke ordea, etengailu horren tamaina eskala atomikora, hots, nanoeskalara txikiagotzen  badugu? Hau da, nola sakatuko genuke molekula bakarreko etengailua? Galdera soil hau oinarrizko zientziarekin lotuta izan ez ezik, funtsezkoa suertatzen da dispositibo molekularren aplikazio posibleen garapenean.

Donostia International Physics Center-eko (DIPC), Berlingo Max Planck Elkarteko Fritz-Haber Institutuko (FHI-MPG), Liverpool Unibertsitateko eta Poloniar Zientzia Akademiako ikerlariek elkarlanean, "molekula bakarreko etengailu" bat modu kontrolatuan arrakastaz aktibatzea lortu dute orratz edo punta ultrazorrotz bat erabiliz. Orratz hori,  azken generazioko ekorketa-mikroskopio baten punta atomikoa baino ez da. Zientzialariak jadanik gai ziren etengailu molekularrak metodo ezberdinen bidez abiarazteko; argia erabiliz, beroa edo korronte elektrikoak, baina orain, nano-etengailu hauek "sakatzeko" ere gai dira. Paretako argi etengailu batekin egiten dugun antzera, baina askoz ere etengailu txikiago batekin.

Gaur Nature Chemistry aldizkari ospetsuan argitaratu den ikerketa teoriko eta esperimental honek zera  frogatu du, posible dela gainazal batean jarritako molekula organiko jakin batzuen barruan hidrogeno atomoen transferentzia eragitea, punta metaliko zorrotz bat behar adina gerturatuz gero.

Thomas Frederiksen, DIPCko Ikerbasque Irakasle-Ikertzailearen hitzetan "Etengailu ñimiño bat eduki eta behatz atomiko batekin gerturatzean, hark klik klak egitea bezalaxe da". Hidrogenoen transferentzi erreakzio hau, tautomerizazio izenekoa, oso inportantea da kimika organiko eta biologia molekularrean, eta gainera fenomeno erabilgarria da dispositibo elektroniko molekularren garapenean.  

Ikertzaileek, bere etengailua txikia –  kobre gainazal batean ipinitako porphycene molekula –  eragiteko beharrezkoa den indarra kuantifikatzeaz gain, ikusi dute mikroskopioaren punta molekularen gaineko puntu jakin batzuetan dagoenean soilik funtzionatzen duela etengailuak. Neurketa hauen erresoluzio espaziala, lotura kimikoen arteko distantzia baina txikiagoa da gainera, hau da, metroa baino berrogeita hamar mila milioi bider txikiagoa den distantzia antzemateko teknologia.

Halaber, indarrez eragindako prozesu honetan mikroskopioaren puntaren erreaktibitatearen garrantzia konprobatu dute; molekula ez da aktibatzen puntaren puntan xenon atomo bakar bat badago, xenona atomo inertea baita. 

Takashi Kumagai Berlingo FHI-MPG institutuko fisikaria da ikerketa honen bultzatzailea. Berak eraikitako esperimentu berritzailean, indar atomikozko mikroskopioa eta ekorketazko tunel mikroskopioa konbinatu ditu, non orratz oszilatzaile bat molekulatik distantzia atomiko gutxi batzuetara gerturatzen den. Punta gerturatu ahala, etengailuaren eragitea puntaren oszilazio maiztasunaren aldaketa bat bezala detektatzen da, eta aldi berean puntarekin molekula eskaneatuz lortutako irudi atomikoaren aldaketarekin konfirmatzen delarik. 

Ikerlari taldeak azterketa teoriko sakona ere egin du ordenagailu bidezko simulazioen laguntzaz, indar bidezko eragite horren atzean maila atomikoan dagoen mekanismoa ulertzeko. Egindako simulazioek esperimentuetan lortutako emaitzak berretsi dituzte, prozesuaren deskribapena ahalbidetuz. Thomas Frederiksen-ek azaldu duenez "gure ikerketek erakutsi dute, mikroskopioaren punta metalikoa gerturatu ahala, tautomerizazioa emateko, hau da, etengailua eragiteko beharrezkoa den energia kantitatea gutxitu egiten dela, eta ondorioz prozesua aktibatu egiten da. Xenon atomo batean amaitzen den punta erabiltzen dugunean berriz, portaera guztiz aldatzen da eta ez da tautomerizazioa eragiten, punta inertea delako".

Ondorioen artean ikerlariek azpimarratu dute ere, ikertutako indar-bidez eragindako erreakzio honek erreakzio-bideetan aldaketak sortarazten dituenez, prozesu katalitikoetan ematen den etapa elemental batekin antzekotasuna duela. Horregatik, emaitza hauek estrategia berri bat planteatzen dute maila atomikoan erreakzio katalitikoen ezaguera sakonago bat lortzeko, eta maila horretan kimika kontrolatzeko aurrerapausoa dira.

Irudi oina: Eskematikoki, konfigurazio aldaketa kobre gainazal batean jarritako porphycene molekula batez osatutako etengailua eragitean. Etengailua punta metaliko ultrazorrotz batek sortutako presioaren eraginez "pizten" da (DIPC).