สำหรับวิศวกรด้านนาโนเทคโนโลยี เป้าหมายสูงสุดคือการสามารถประกอบเครื่องจักรที่ใช้งานได้ทีละส่วนในระดับนาโน ในโลกมหภาค เราสามารถคว้าสิ่งของมาประกอบได้ เป็นไปไม่ได้ที่จะ "คว้า" โมเลกุลเดี่ยวอีกต่อไป แต่ธรรมชาติควอนตัมของพวกมันทำให้การตอบสนองต่อการจัดการที่คาดเดาไม่ได้ ซึ่งจำกัดความสามารถในการรวบรวมโมเลกุลทีละตัว โอกาสนี้กำลังเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้นด้วยความพยายามระดับนานาชาติที่นำโดยศูนย์วิจัยJülichของสังคม Helmholtz ในเยอรมนีรวมถึงนักวิจัยจากภาควิชาเคมีที่มหาวิทยาลัย Warwick

ในกระดาษ " ที่มีศักยภาพการรักษาเสถียรภาพของโมเลกุลยืน"เผยแพร่บน 10 THพฤศจิกายน 2021 ในวารสารความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ , ทีมงานต่างประเทศของนักวิจัยที่ได้รับสามารถที่จะเปิดเผยกลไกรักษาเสถียรภาพทั่วไปของโมเลกุลที่ยืนอยู่คนเดียวซึ่งสามารถ ใช้ในการออกแบบที่มีเหตุผลและการสร้างอุปกรณ์โมเลกุลสามมิติที่พื้นผิว

กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน (SPM) ได้นำวิสัยทัศน์ของการสร้างระดับโมเลกุลเข้ามาใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น เนื่องจากมีความสามารถในการจัดเรียงอะตอมและโมเลกุลบนพื้นผิวใหม่ จึงทำให้เกิดโครงสร้างที่แพร่กระจายได้ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เมื่อใช้ SPM ดร. Christian Wagner และทีมของเขาสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลเดี่ยว perylene-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) บนพื้นผิวเพื่อศึกษาความคงตัวทางความร้อนและอุณหภูมิที่โมเลกุลจะหยุดนิ่งและจะตกกลับเข้าไป สภาพธรรมชาติที่ดูดซับได้เรียบบนพื้นผิว อุณหภูมินี้อยู่ที่ -259.15 องศาเซลเซียส เหนือจุดอุณหภูมิสัมบูรณ์สัมบูรณ์เพียง 14 องศา

การคำนวณทางเคมีควอนตัมดำเนินการร่วมกับ Dr. Reinhard Maurer จากภาควิชาเคมีที่ University of Warwick สามารถเปิดเผยว่าความเสถียรที่ละเอียดอ่อนของโมเลกุลเกิดจากการแข่งขันของแรงควอนตัมต้านแรงสองอัน ได้แก่ แรงดึงดูดระยะไกลจาก พื้นผิวและแรงฟื้นฟูระยะสั้นที่เกิดจากจุดยึดระหว่างโมเลกุลกับพื้นผิว

Dr Reinhard Maurer จากภาควิชาเคมีที่มหาวิทยาลัย Warwick ให้ความเห็นว่า:

"ความสมดุลของการโต้ตอบที่ป้องกันไม่ให้โมเลกุลตกลงมาเป็นเรื่องที่ละเอียดอ่อนและเป็นความท้าทายที่แท้จริงสำหรับวิธีการจำลองทางเคมีควอนตัมของเรา นอกเหนือจากการสอนเราเกี่ยวกับกลไกพื้นฐานที่ทำให้โครงสร้างนาโนผิดปกติดังกล่าวมีเสถียรภาพแล้ว โครงการนี้ยังช่วยให้เราประเมินและปรับปรุง ความสามารถของวิธีการของเรา"

Dr Christian Wagner จากสถาบัน Peter Grünberg สำหรับ Quantum Nanoscience (PGI-3) ที่ศูนย์วิจัย Jülich ให้ความเห็นว่า:

"ในการใช้เทคโนโลยีของคุณสมบัติควอนตัมที่น่าสนใจของโมเลกุลแต่ละโมเลกุล เราจำเป็นต้องหาสมดุลที่เหมาะสม: พวกมันจะต้องถูกตรึงไว้บนพื้นผิว แต่ไม่ตรึงพวกมันอย่างแรงเกินไป มิฉะนั้น พวกมันจะสูญเสียคุณสมบัติเหล่านี้ โมเลกุลที่ยืนอยู่ในอุดมคตินั้นเหมาะสมที่สุด เคารพ ในการวัดว่าพวกมันเสถียรแค่ไหน เราต้องยืนขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าด้วยเข็มโลหะที่แหลมคมและเวลาที่พวกมันอยู่รอดได้ในอุณหภูมิที่ต่างกัน”

ตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปฏิสัมพันธ์ที่ก่อให้เกิดโมเลกุลที่เสถียรแล้ว การวิจัยในอนาคตสามารถทำงานเพื่อออกแบบโมเลกุลและการเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุลกับพื้นผิวที่ดีขึ้นเพื่อปรับแต่งปฏิกิริยาควอนตัมเหล่านั้น ซึ่งสามารถช่วยเพิ่มความเสถียรและอุณหภูมิที่โมเลกุลสามารถเปลี่ยนเป็นอาร์เรย์แบบยืนต่อสภาวะที่ใช้งานได้ สิ่งนี้ทำให้เกิดโอกาสในการผลิตเครื่องจักรระดับนาโนในระดับนาโนบาคาร่า สมัครบาคาร่า