专利名称：利用手性分子在表面或界面吸附的设备和方法
技术领域：
本发明涉及手性分子在表面或界面的吸附，所吸附的手性分子具有一定的分布和特征，以及利用手性分子吸附的设备。
背景技术：
关于手性分子在科学技术上的使用是非常广泛的。与之相反，对于表面吸附手性分子，目前来说具有更多的限制，这种应用包括在多相对映选择催化作用中的应用(见下文所列的参考文献2-9，)，其中经过这种催化作用，使得一些具体的对映结构体产品在商业中得以使用，例如，加氢酮酯(ketoesters)类。在这些应用中，吸附手性分子的作用给予手性表面手性。现在也只有少量基础科学文献(如参考文献10-20)解释在非手性表面和界面吸附手性分子的观测特征。这显示了手性可以通过一些方法被引入表面，这些方法从定位手性吸附[10，16，19]到手性域内的自组织[10-12，14，15]，以及到定位手性重建[10，18，19]。大家熟知的是吸附在非手性表面的非手性分子可以在整个外消旋体系中引起定位手性[如17，18，20]。因此，在表面产生完全手性中，手性吸附分子是重要的，然而，对于某种应用，手性吸附分子足够起到局部手性体系的作用。
在所有发明人了解的记载资料中，都对表面手性做了陈述，对映结构体及其孪生的吸附将导致下述的吸附，其中每一个对映结构体对称排列在几何镜像平面[10，11，17]。例如R，R-酒石酸和S，S-酒石酸在Cu(110)单晶表面上的吸附，见参考资料(11)及图1，在图中可以看到在Cu(110)上酒石酸的对映结构体单层的方向。不同对映结构体分子本身相对于Cu基底的几何镜像平面的方向是对称的。
当在更商业性的Ni(110)表面上再现实验时，惊奇地发现R，R-酒石酸和S，S-酒石酸两种对映结构体的排列和生长方向相互垂直，与露面具有任何几何对称平面的方向没有关系。下面详细叙述实验的细节。因为所有前面工作已经预计了几何对称排列，所以对于这些观测没有一个明确的解释。新发现的现象不能以纯粹的几何理由来解释，仅从磁效应方面来理解，其中，表面磁化以及表面自旋的影响反过来受手性分子的吸附的影响。包括磁效应的分子/金属体系的详细从头计算已经取得了，用来确认手性分子在表面的吸附及键结实际上受表面固有磁化的影响。特别是分子手性支配着在吸附和键结过程中所涉及的何种表面自旋状态，这种影响已前从来没有人提出也没有观察到。虽然手性和固有磁力的联系，在文献(21-25)中有述，例如，分子，金属分子配合物，整个(bulk)固体状态化合物以及纳米碳管，已经被用于解释溶液中对映选择磁手性光化学，但对于表面吸附分子还没观察到也没有人提出过。根据螺旋物的手性、所加磁场的时间以及单层[26]的组装密度，这种效果明显不同与在表面吸附的多肽的手性单层的报道，其中，为了减少长的聚合的非键结的吊链，拉紧不同的方向，表面然后要应用非常大的外部磁场来进行吸附处理。
对于新型发现的现象的不同应用也有提议了。
发明内容
根据本发明的第一部分为一个仪器或设备，其包括手性分子和能够吸附手性分子的表面或界面，其中，分子的吸附受其磁环境的影响，这种磁环境的影响对于两种不同的对映结构体是不同的。
本发明可以体现在如用在生产和研究的仪器中，或者体现在如逻辑设备以及磁选择过滤器中。
本发明既包括在生产中分子被吸附在表面的仪器/设备，也包括在操作中分子被吸附在表面的仪器/设备。
这里，述语表面包括纳米颗粒的表面、膜或者展开面。所述的适合的吸附可以是在两个分开的实体之间界面上。吸附表面物质包括，但不局限于，金属、半导体、氧化物、有机导电膜、合金以及合成物。吸附表面物质可以包括从非双磁性物质铁、钴、铂组成的组中选择一种或多种。
能够用于这些应用的分子可以包括，但不局限于，各种形成的手性分子，该手性分子包括所有所有有机分子、糖、核苷、核苷酸、氨基酸、肽、多肽、蛋白质，无机分子以及配合物，以及非固有手性但可以通过在表面吸附的作用成为手性的任何分子。这里所使用的词“手性”必须理解为包括通过吸附作用显示手性的分子，以及本身为手性的分子。对于具有非对称电子对(如，羧酸盐、亚硝酰类、硝基氧)、游离基类、具有高自旋化合物、有机金属类以及分子磁体。
通过利用超小颗粒如纳米颗粒，或者利用应变表面如生长在另一种具有不同维数的金属膜上，可以进一步提高上述的手性效果。
分子的磁环境的影响对于不同的对映结构体具有不同的量。发明人已经证明磁性影响是造成分子角位移的原因，这种分子角位移的量对于两种不同的对映结构体是不相同的。这种磁性的影响可以影响手性分子与表面的键合的能量平衡。因此，这种磁性影响的另一结果是在某些具体表达本发明的装置中一种对映结构体的吸附比另一种对映结构体更加偏向。
手性分子的吸附归因于化学吸附(chemisorption)，例如化学键(如共价键)，或者归因于物理吸附(physisorption)，例如通过相对较弱的相互作用，如范德华力。
本发明的装置可以是一种过滤器，电子/自旋子设备或者传感器，但不局限于此。
根据本发明第二部分所述的仪器包括提供表面或界面的底物，在表面或界面提供磁场的装置，以及供应用于在表面或界面吸附的手性分子的装置，其中所吸附的分子受磁场的影响，对于不同的对映结构体所受的影响是不同的。
根据本发明的第三个部分所述的方法包括通过控制分子磁性环境，控制吸附在表面或界面的手性分子的至少一个特征。
根据本发明的第四个部分所述的分析、分离或制造方法，手性分子被吸附在表面，分子的吸附和解吸附受其磁性环境的影响，这种影响对于手性分子的两种不同对映结构体是不同的。
根据本发明的第五个部分所述的方法是操纵包括手性分子的表面或界面体的磁化。
所述方法包括选择一种要吸附的对映结构体。所述的方法也涉及到两种不同对映结构体的使用以及对于该两种对映结构体的一种的选择吸附或解吸附的排列。
手性分子吸附的结果对于改变表面或界面的物质的自旋状态是可信的。
为了使表面或界面磁化能够定位操纵，已知技术的应用使得能够选择手性分子吸附的位置。因此在本发明的进一步优选实施例中，磁化的操纵被定位了。这样定位可以从微观到分子水平。
根据本发明第六个部分所述的用于操纵磁化的设备，其包括提供表面或界面的质体，可吸附的手性分子以及控制分子在表面的吸附来操纵表面磁化的装置。
优选地，该设备进一步包括进行手性分子的吸附定位装置。
该设备可以包括一个逻辑装置，更具体一点包括一个存储器。在这种装置中，手性分子可以用来切换质体的自旋状态。通过把自旋状态理解为逻辑状态，可以制造出高密度的存储器。
根据本发明的第七个部分所述的逻辑设备包括表面或界面以及吸附在其上的手性分子。
在这种装置中，手性分子在表面或界面的吸附或解吸附可以在表面或界面的自旋状态中产生一个变化，这种变化理解为逻辑状态的变化。
可附加的或可选择的，在这种设备中对映结构体的位置和方向与逻辑状态相对应，该设备进一步包括切换对映结构体位置或方向的装置。这种装置可以包括用于选择性应用磁场、电场、电磁场的装置。
根据本发明的第八个部分所述的感测表面或界面磁化状态方法包括在界面或表面手性分子的吸附。
手性分子的方向可以作为一种磁化指示剂来探测。可选择地，因为吸附所需能量受表面或界面磁化的影响，一种对映结构体的吸附或非吸附，或者两种对应结构体的吸附相对速率可以作为磁化指示剂来探测。
所探测的磁化可以高度定位，甚至达到分子水平。
根据本发明的第九个部分所述的从手性分子的外消旋分离对映结构体的方法包括手性分子在表面或界面选择性吸附或解吸附。
这种可能性由于在不同对映结构体的吸附中能量不同的结果。不同对映结构体导致一种对应结构体的吸附具有偏向性，或者导致仅有一种对映结构体能够被吸附或解吸附。这种方法进一步包括控制温度来调节一种或两种对映结构体的吸附速率。例如，通过温度升高，可以吸附所选择对映结构体。
根据本发明的第十个部分所述的分离手性分子的不同对映结构体形式的分离介质包括一个表面，在该表面上至少一种对映结构体是可吸附的。在该表面上不同对映结构体的吸附速率是不同的。
根据本发明的第十一个部分所述的纳米布图或平面印刷的方法，包括在表面或界面手性分子的吸附，控制定位磁场来控制所述的吸附。按这种方法可以实现可控制布图或阵列。该方法优选为通过分子的磁场环境的控制来进行手性分子方向的控制。
根据本发明的第十二个部分所述的多相催化的方法，其中通过在表面或界面发生的反应形成手性分子，通过影响表面磁环境促进所选择的对映结构体的成形。
根据本发明的第十三个部分所述的设备，包括手性分子以及吸附手性分子的表面或界面，表面或界面可以被处理为镜像平面，其中吸附的手性分子以一定的有序方式自行排列，手性分子的不同对映结构体的方向相对于任何表面或界面的镜像平面是不对称的。
表面或界面最有可能是典型晶状结构。
例如，两种对映结构体的对称差异将意味着在具有镜像平面的晶状表面吸咐分子的情况下，两种对映结构体将是对等的而且反向角度相对于晶体的镜像平面位移。发明人已经说明不对称磁性影响，这种影响的结果是两种对映结构体相对于晶体的任何镜像平面不是对称分布的。
虽然本发明的前述部分中影响手性分子的吸附的经磁场可以整个或主要由表面或界面的自旋引起，所述的设备或方法另外受外部磁场应用影响，或者受提供界面或表面物质的整体(bulk)磁化的影响，或者就是受小面积上物质磁化的影响，如，在铁磁物质的磁畴中。
进而，在本发明前述的部分中，手性分子的吸附或解吸附受其磁性环境的影响，也就是说，这种影响对于手性分子的两种不同对映结构体是不同的，它们被影响是非对称的。
下面通过几个实例并结合所附的附图，将描述本发明的详细实施例。
图1为在Cu(110)上酒石酸的单一单层吸附构建的左手性和右手性表面组装排列的扫描隧道电镜的图像及示意图；
图2a-b都为两个扫描隧道电镜图像，图2c为两个低能衍射图案，分别显示吸附在晶体镍表面的左手性和右手性酒石酸分子；图3为体现本发明设备的意示图；图4为体现本发明设备的意示图；图5为体现本发明设备的意示图；图6为体现本发明设备的意示图；图7为用于本发明实施例中基底的平面图；图8为用于本发明实施例中基底的透视图；图9显示了用于本发明的一个实施例的手性切割面结构。
具体实施例方式
在考虑本发明过程中实验的发现之前，参照图1，显示了根据现有的理解预期的所吸附的手性分子的行为。在图的顶部为吸附在单晶[110]铜表面酒石酸分子的R，R和S，S对映结构体的扫描隧道微观图像。在图靠下方的略图帮助清楚说明该酸分子的方向。结晶铜基底的镜像平面在1的位置显示。可以看出两个对映结构体对称分布在镜像平面上。他们相对于平面1以相等但反向的角度排列。
这个的目的发明人实验显示新型观察的表面手性-磁效应的结果，下面将会描述之。
实验在超高真空(UHV)室进行，其中，STM(扫描隧道显微镜)在具有STM、LEED(低能量电子衍射)、AES(Auger ElectronSpectroscopy)以及选样清除设施的Omicron Vakuumphysik室中进行。
镍晶体由Surface Preparation Laboratory(Netherlands)提供具有99.99％纯度(4N)以及0.1°排列精确度用于STM实验。Ni(110)晶体在900K下通过Ar+离子溅射、反射(flashing)、退火清洁。表面清洁和排序通过AES和LEED监测。R，R-酒石酸(99％)和S，S-酒石酸(99％)可以从Sigma-Aldrich Chemicals获得，使用时不需进一步提纯。所需要的酒石酸样品放在小的抗加热玻璃试管中，通过门阀从主室中分离，通过涡轮分子泵差异泵出。在升华之前，酒石酸在330K被去除气体，然后加热到370K进行升华，暴露到镍晶体中。对于每个对映结构体的吸附实验分别来进行，以使分别获得R，R-酒石酸/Ni(110)体系和S，S-酒石酸/Ni(110)体系的实验数据。在升华中，主室基准压力一般为2×10-9mbar。所需吸附相可以通过Ni(110)暴露到酒石酸的升华压强中4-10分钟，Ni样品维持在380K下，也可以通过暴露于维持在300K的Ni样品中，然后接着加热到380K来产生所需的相。一旦所需的吸附相产生，样品被重新冷却到300K，并且在恒定电流模式中获得STM图像。
如上解释，对映结构体被观察到在方向上是有向的，这种方向性与任何晶体表面的几何平面无关。这表明基底的磁化在不同方式下影响着分子。这种影响程度比基于现有理解预期的大。在图2(a)和(b)中，晶体镍基底的[110]和
镜像平面由箭头所示，比较明显，R，R和S，S对映结构体的方向并不是在镜像平面上对称排列。根据现有的理解，两种对映结构体在吸附中相对于镜像平面相等且反向角度排列。但在说明的例子中并不是这样。
未预料的现象是在说明的实施例中镍基底的固有磁化的影响。然而，所吸附的分子也可以受外部磁场的影响。下面将进一步说明。
所吸附的表面可以是结晶体，但纳米微晶表面也有相同效果。
根据发明人的现在理解，就是手性分子的磁环境造成分子排列不对称以及理在将要描述的其它对映选择现象。宏观和微观两种影响都归因于这个环境。因此，在前述实验中，镍基底的整体(bulk)和表面磁化，即宏观特征，引起了不对称分子的方向性。在宏观范围上，外加磁场也影响吸附的分子。然而，在微观方面，这种现象认为是在基底和手性分子中电子自旋的相互作用。
这种作用的重要含义如下a)手性分子感测固有的磁化以及表面自旋状态；b)吸附分子影响表面自旋状态，这与分子的本身手性有关；c)这些影响在室温下存在并维持，这与表面手性磁效应产生作用的大的能量差异有关；d)利用这种效果的选择性分离的价格要明显低于在工业中生产单一对映结构体的当前手性技术方法。因此，这种效果对于手性分子的使用开辟了许多技术。
在利用在表面吸附的分子的技术中，这种现象的特征和量上具有明显的并且广泛的商业暗示，包括但不局限于(i)分子电子(ii)数据存储(iii)多相对映选择催化作用(iv)纳米布图和平面印刷(v)分析仪器和传感器(vi)分离技术(vii)产生廉价的选择性涂料和屏障。
所有这些进展是非常有利的，因为这种效果不仅可以在低温下看到，而且在商业有关的室温下看到，并且可以根据需要在一个泛阔的温度范围内适用。
以上暗示依次有如下建议(i)在分子电子和分子计算中，手性磁效应可以被利用在表面上将手性分子排列成一个可控制的集合，如分子金属丝或且其它的设计结构体系[27，28]。此外，也可以设计分子开关、逻辑门等，能这外部磁场、电脉冲、电磁场的应用，或者通过在具体表面上手性分子的吸附的解吸附，改变对映结构体的位置。虽然值得考虑的文学作品可以用单分子磁体合成[29-36]，但我们观测表面的效果很重要的一点是应在室温下观察这种效果的存在，因为前述的单分子磁效应已经被限制到了非常低的温度(4-100K)内，这不适应于在商业上应用。
(ii)在数据存储[37]方面，手性磁效应可以利用单分子来切换在表面的自旋状态，从而提供一个空前的存储密度。所有这些效果基本上可以用分子在表面上“书写”。
(iii)在多相催化作用中，通过影响表面的磁环境，该效果可以用来提高具体对映结构体的选择性产品。该体系可以通过不同的吸附能量用来选择性吸附对映结构体，或者具有吸附的分子时，通过提高表面温度，选择性地从表面解吸附具体的对映结构体。可替代地，可以进行外消旋实验，并且选择的手性产品或介质被选择性的保留或离析。这种过程明显的前景是许多产品更加廉价和高效，这些产品包括但不局限于药物、除草剂、杀虫剂、香料以及香气。
(iv)在纳米布图和平面印刷中，必需将分子以一定的方向放置。这种手性磁效应可以作为媒介通过控制定位磁场来影响分子的摆放来产生一个布图或阵列。
(v)利用手性分子对磁环境的敏感性可以建造分析仪器或传感器。在表面上入位(docking)分子的存在可以通过引起可探测的外部信号的手性分子的磁环境来监测。
(vi)这种效果可以用来制造媒介，选择性分离手性分子用在商业性的分离技术中，包括分析仪器。同样，可以利用对映结构体在具体磁性表面上具有不同的吸附能量，实现手性分子分离。
这种效果可以应用于特种过滤器的设计中，选择性地过滤如细菌或病毒的生活物质中。这种效果可以用于涂溥表面来吸附生活有机体中有害细菌或病毒，或者使表面具有生物适应性。
本发明提供了利用廉价选择性手性分子涂溥表面的方法，从而可以打开产生选择性涂层和屏障的途径。
所述这些部分的实施详细描述如下。
图3为示意图，说明研究和利用手性磁效应的装置2，其包括将外部磁场加到样品的装置4。在显示的样品中，该装置使用一对可移动的磁性线圈6，8，虚线所示为可移动的位置范围。磁场强度和极性可以通过磁性线圈数量、电流的控制(来自电源9)、方向，以及磁性线圈相对于样品的位置的选择来控制。对于本领域的读者来说明显能够明白应用的磁场可以利用各种可选择的技术，包括但不局限于永磁体、电磁体、超导磁体以及高磁场。磁化过程可以是脉冲式的也可以是连续的。基底可以放在线圈中，或在几个线圈之间，或直接放在磁通道中，或者相对于磁体的任何方向或位置。在某项试验/应用中，外部磁场可以省去，特别是在被磁化的样品处。
基底材料的样品10被固定在磁场中。在图中的分布，样品通过操纵器和方位架来调整，以使样品的布置相对于磁场可以是任何选择的方向。此外也提供基底的加热、冷却以及温度的测量。
对于用于吸附的手性分子向样品的剂量，可以有多种方法。在图中的例子中，手性分子被蒸发或升华成气相并向样品给料。图3显示了升华给料器14，给料通过涡轮分子泵系统16泵出。来自给料器的分子18的流量通过门阀20输到样品。给料器可以为多通道或单通道设备。
样品装入一个外壳22中，在外壳中能够产生从超高真空到高压条件的范围。
在使用中，例如，所选择的对映结构体可以给料于样品10上，根据前述的优选方向的手性磁效应，在其表面排列。然后可以给料镜像对映结构体，甚至在同一应用的磁场中沿不同方向排列。
图4显示的排列与图3显示的排列非常相似。类似部件具有相同的参考标号。在图4中两种分布的不同在于磁场通过线圈24加在矩形环路或相框形状的样品26上。
图5显示了可替代的布局，其中手性分子在液相中沉积。样品在电化学的控制之下，与电化电池一起，以使表面潜能产生差异来控制吸附特征。容器30中装有浸在液体的样品32。电源34与样品32电连接，并从浸在液体中的电极36接收一个参考信号。通过磁体38、40对样品施加磁场，磁体可以采用各种不同的形式。入口42和出口44使得液体流量通过容器，如用于手性分子的浓度的控制。
图6显示的布局与图5显示的类似。类似的部件都是同一参考标号。然而，为了在低温下操作，容器30含有一个室46，该室与液态氮供应源通过入口48相连，并通过连接到样品32的温度控制器50控制。虽然在这种布局中，手性材料通常为气体形式，但手性材料再次通过入口42进入容器并在出口44排出。
本发明适合于制造各种显微和分子水平的设备，包括分子金属丝、分子开关、微电路以及纳米布图。
磁场方向的操作，对映结构体的选择及浓度，以及相对于磁场的位置在给料时以优选形式建立的分子的装配形成这种设备的基础。通过在具有梯度的磁场存在下，供给一定剂量的对映结构体形成布图。所得的布图并不是随意的，而是高度按照沉积发生的样品的位置以及所选择的单剂量或多剂量的对映结构体来排列。也可以通过为第一次吸附产生部分遮掩的表面来实现布图，第一次吸附是将在表面的一部分上优选方向产生排列的对映结构体。去掉部分或全部遮掩以使同一或不同的对映结构体根据磁场位置和所选择的对映结构体以不同的方向继续沉积。
在吸附的手性分子中产生布图的可选择方法在图7中显示了。这里，手性分子是吸附在基底70的最上表面，基底具有分段的表面结构，包括接收手性材料的单层72。每段表面通过热/电绝缘层74彼此分开。每一接收层72都与一个电加热元件76结合。因此基底的所选择的部分可以被加热，热作用造成对映结构体吸附在所选择的部分中。加热可以使得接收材料超出居里点，在所选的部分中，形成局部的不规则性应用的磁化。
另一个镜像的对映结构体被给料在有用的表面是以不同的方向沉积。因此，分子的排列可以建成具体的布图。具体部分的温度的操纵也可以用于防止具体对映结构体的沉积。
图8显示的基底与图7显示的类似，在图8显示的基底中，手性材料可以选择性地沉积在三维结构中的所选的平面80，82等上，接收层84再一次通过绝缘层86来分离并通过电阻加热元件88单独加热。
通过在整个样品上产生一个具体对映结构体的浓度梯度来实现布图，该样品被预先磁化或者在沉积过程中磁化。排列方式依赖于所加的磁场、所选择的对映结构体、样品的位置以及在样品上特别点的浓度梯度。
通过STM操纵[37]来将分子运送到精确的表面位置来实现布图。这种技术广为人知。
进一步，通过使用梯级、缺陷或者手性表面来实现布图。可以切割表面来达到梯级、缺陷或手性表面。由于手性磁效应，这种梯级表面将提高能量差异。这种能量差异进一步通过存在的磁场来提高。这种能量差异形成一种在特别方向中选择排列分子的方法。
本发明也可以用于手性传感器以及分析仪器。这种设备的设想备受关注，其利用与制作分子金属丝和纳米布图相似的方法。表面被建造成不同对映结构体或一种结构体的具体排列的表面。表面的每个区域与微电路连接，以使定位磁场的变化可以通过电子或磁力感测到。所应用的化学或物理键结的后来目标手性分子的剂量用来结构性的或电子性的影响原始吸附的对映结构体。这种变化通常是非常小的，但可以通过表面手性磁效应提高，使得目标分子可以被感测。因此，微传感器可以用于小量的手性分子。
磁场的操纵，对映结构体的选择，浓度以及位置使得单层目标分子或外消旋混和物能够被感测到。可替代地，磁场的不同可以通过存在的手性分子影响定位磁场的作用来感测。
这些设备可以进行探测具体分子如在蛋白学中的分子。
上述设备使得许多不同对映结构体的布图表面为一个具体的排列。在气相或液相中未知分子的混和物的引入将导致按化学结构的选择性吸附。利用前述的传感器技术，能够进行特别分子类型的探测，并因此形成分析仪器的基础。
为了利用手性磁效应来分离和多相催化，可以构筑所选择基底的表面。在手性切割表面的手性分子已知具有非常轻度差异的吸附能量[38]。手性切割表面的例子为镍[643]。图9显示了手性切割镍的S和R形式的原子排列。
通过手性磁效应将该非常小的能量差异放大，所加磁场施加力量给一种对映结构体使其不再以相对于手性切割表面偏向的方向排列。这种情况使得外消旋混和物进行分离，在不同解吸附能量的作用下一种对映结构体被分离了。
类似相同的技术，利用磁场，可以用于提高手性切割表面的已知能量差异，进行手性反应的多元催化。在磁化区域，具体的反应在提高的能量差异的作用下具有偏向性。
现在将叙述本发明在涂料和屏障的应用。前述方法可以实现在表面上具体布图的解吸附。涂溥表面将具有不同于原始表面的特征范围，沿着表面具有多样化的特征。可替代地，如前所述，入位分子可以沉积在对映结构体上。这种技术发展了用生物、化学或药物应用涂溥高度具体的表面。
本发明在逻辑设备如存储器和处理器的应用中是非常重要的。
利用对映结构体沉积在磁化表面的技术而制造的设备备受关注。每个单独手性分子以长度比例为1nm在表面上书写，从而在每平方分米上产生兆兆位序列的数据存储密度。表面的磁化和自旋影响反过来受手性分子吸附的影响。所以，首先，分子的手性指示了哪种表面自旋/电子状态与吸附处理以及磁场中分子的具体方向有关。因此，这使得手性分子能够对纳米磁化结构这种新的类别进行编码。第二，虽然本发明能够用于传统的二进制逻辑体系中，但书写代码可以从标准二进制(0，1)提升到三进制(0，1，-1)，其中0指未吸附，1指一种对映结构体的吸附，-1指镜像对映结构体的吸附。
在气相中可以自由进行吸附，或在选择的位置(如借助STM操纵)中自由进行吸附，在选择的位置上将分子运送到具体的位置。这种技术在前面已知说明了[39]。如果按本发明描述的手性磁效应，将采用属于不同手性的不同方向。这使得读、写和擦从0<->1增加为0<->1或-1以及手性逻辑1<->-1。
这些逻辑磁结构可以通过气相或液相吸附来创造，这些结构然后用纳米比例来读取，这可以利用较好理解的标准扫描隧道显微设备如自旋极化STM或GMR头(巨大磁阻)来读取。可替代地，STM操纵可以被用于在选择性位置吸附或解吸附分子。此外，从1到-1的切换可以利用如STM技术改变逻辑磁化来实现。
一些潜在的数据存储设备已在前述的纳米水平基础上构建起来了，如利用STM辅助化学蒸气沉积。然而，手性磁效应的使用利用新的方法进行数据存储，也可以创建再一层次的存储。特别是，这种技术能够从电子设备前进到手性电子设备，从自旋电子设备到手性自旋电子设备。
参考资料下面所有文献在此一并作为参考包含在本申请中。
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权利要求
1.一种仪器或设备，其包括手性分子和吸附手性分子的表面或界面，其中，吸附分子受其磁场环境的影响，对于不同的对映结构体影响是不同的。
2.如权利要求1所述的仪器或设备，进一步包括控制吸附分子的磁环境从而控制手性分子行为的装置。
3.如权利要求1所述的仪器或设备，进一步包括调整吸附分子的磁环境从而调整手性分子的至少一项特征的装置。
4.如权利要求1-3任意一项所述的仪器或设备，包括磁体、电磁体或在表面施加磁场影响吸附分子的装置。
5.如权利要求1-4任意一项所述的仪器或设备，其中，表面或界面是由能够被磁化的材料形成。
6.如权利要求1-5任意一项所述的仪器或设备，其中，表面或界面是由能够被磁化的材料形成。
7.如权利要求1-6任意一项所述的仪器或设备，其中，吸附分子的方向由应用的磁场来控制。
8.如权利要求1-7任意一项所述的仪器或设备，其中，手性分子包括相同分子的两种不同对映结构体形式。
9.如权利要求1-8任意一项所述的仪器或设备，其中，形成表面或界面的材料具有晶体结构。
10.如权利要求9所述的仪器或设备，其中，两种不同的对映结构体吸附在表面表，其方向相对于表面的镜像平面或平面不对称。
11.如权利要求1-10任意一项所述的仪器或设备，其中，手性分子的一种对映结构体被选择吸附。
12.如权利要求11所述的仪器或设备，其中，不同对映结构体的选择吸附通过其所在的磁环境来控制。
13.如权利要求1-12任意一项所述的仪器或设备，其中，通过改变吸附在表面或界面上的手性分子的磁环境，在原位进行吸附分子的移动。
14.一种仪器，其包括提供表面或界面的基底，在表面或界面上提供磁场的装置，以及提供手性分子用于表面或界面吸附的装置；所吸附的分子受磁场的影响，对于不同对映结构体这种影响是不同的。
15.如权利要求14所述的仪器，其中，用于吸附的分子以液相或气相提供。
16.如权利要求15所述的仪器，其中，用于吸附的分子通过升华或汽化提供。
17.如权利要求14-16任意一项所述的仪器，其中，基底的磁化提供或至少有利于磁场。
18.如权利要求14-17任意一项所述的仪器，其中，提供磁场的装置包括在基底上形成的磁体、电磁体及类似物。
19.如权利要求14-18任意一项所述的仪器，其中，基底放在一个外壳中，这个外壳控制提供的条件。
20.如权利要求14-19任意一项所述的仪器，进一步包括调节基底相对于磁场的位置和/或方向。
21.如权利要求14-20任意一项所述的仪器，进一步包括局部加热基底以使其上的手性分子局部解吸附的装置。
22.如权利要求21所述的仪器，局部加热基底的装置包括至少一个加热元件，其位于基底内或与基底相邻。
23.如权利要求14-22任意一项所述的仪器，进一步包括使所吸附的分子形成一个控制布图的装置。
24.如权利要求23所述的仪器，其中布图为纳米布图。
25.如权利要求23或24所述的仪器，其包括控制磁场形成布图的装置。
26.如权利要求23-25任意一项所述的仪器，其中，具有磁场强度沿基底不同的磁场用于使吸附的手性分子形成布图。
27.如权利要求23-26任意一项所述的仪器，包括在分子给料中沿基底提供手性分子的浓度梯度，从而使吸附的手性分子形成布图。
28.如权利要求14-27任意一项所述的仪器，其中，基底提供阶梯的和/或缺陷和/或手性表面，用于手性分子的吸附，在该表面上所选择的对映结构体被选择排列或吸附。
29.如权利要求14-28任意一项所述的仪器，其用于分离外消旋混和物，其中一种对映结构体优先于另一种被选择吸附。
30.如权利要求1-13任意一项所述的仪器或设备为一种逻辑设备，其中手性分子用于逻辑状态的编码。
31.如权利要求30所述的逻辑设备，其中，手性分子用于三种不同逻辑状态的编码，其对应于一种对映结构体的存在、另一对映结构体的存在以及没有对映结构体的存在。
32.如权利要求30或31所述的逻辑设备，其中，两种对映结构体在表面或界面采取不同的方向，而从设备为可读的。
33.如权利要求30所述的逻辑设备，其中，应用的场用于改变手性分子的方向来切换逻辑状态。
34.如权利要求1-13任意一项所述的仪器或设备是用于多相催化的。
35.如权利要求34所述的仪器或设备，其利用不同对映结构体在表面或界面的选择性吸附。
36.如权利要求1-13任意一项所述的仪器或设备，其中，手性分子形成涂层或屏障。
37.如权利要求1-13任意一项所述的仪器或设备为一传感器，用于探测所选择的对映结构体。
38.如权利要求37所述的仪器或装置，其包括一个与微电路耦合的手性分子阵列，用于在阵列中定位磁场的探测，被选择的手性分子接收一个目标对映结构体，该对映结构体的存在由微电路来探测。
39.如权利要求1-13，30-38中任意一项所述的仪器或设备，其中，表面或界面是阶梯的和/或缺陷的和/或手性的。
40.如权利要求39所述的仪器或装置，其中，表面或界面促使对所选的对映结构体的选择性吸附。
41.一种方法，其包括通过控制分子的磁环境来控制吸附在表面或界面的手性分子的至少一种特征。
42.如权利要求41所述的方法，其中，手性分子的磁环境的影响随不同对映结构体而异。
43.如权利要求42所述的方法，其中，磁环境的影响对于不同对映结构体具有不同的量。
44.如权利要求41所述的方法，其中，包括在表面或界提供磁场来控制手性分子的有关特征。
45.如权利要求43所述的方法，其中，形成表面或界面的基底的磁化提供或至少有利于表面或界面的磁场。
46.如权利要求42或43所述的方法，包括提供利用磁体或电磁体的磁场。
47.如权利要求41-44任意一项所述的方法，其中，所控制的手性分子的特征为手性分子的方向。
48.如权利要求45所述的方法，依赖权利要求40-42任意一项，其中，磁场的作用是以不相等的角度改变手性分子不同对映结构体形式的方向。
49.如权利要求41-46任意一项所述的方法，其中，手性分子的一种对映结构体被选择吸附。
50.如权利要求47所述的方法，包括通过控制手性分子的磁环境来控制选择吸附。
51.如权利要求41-50任意一项所述的方法，包括通过改变吸附的手性分子的磁环境来促使其在原位旋转移动。
52.如权利要求41-51任意一项所述的方法，其包括提供表面或界面；在表面或界面提供磁场；以及为表面或界面的吸附提供手性分子。
53.如权利要求41-52任意一项所述的方法，其包括利用吸附分子形成控制的布图。
54.如权利要求53任意一项所述的方法，其包括控制应用的磁场来产生布图。
全文摘要
本发明涉及手性分子在表面或界面的吸附，所吸附的手性分子具有一定的分布和特征，以及利用手性分子吸附的设备。特别是通过磁场影响吸附的手性分子磁环境的仪器。本发明公开了由手性磁效应造成的吸附的手性分子的可观察方向以及可能的应用。
文档编号B01D15/00GK1655858SQ03811726
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者拉斯米塔·拉瓦尔 申请人:利物浦大学