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  • O alongamento de moléculas individuais permite estudos de precisão de elétrons em interação

    Uma micrografia eletrônica de varredura de uma ponte de ouro suspensa 40 nanômetros acima de um substrato de silício. No experimento, a ponte é cortada no meio, uma única molécula está suspensa na lacuna, e o substrato é dobrado para esticar a molécula enquanto mede simultaneamente a corrente de elétrons através da molécula. Imagem:J.J. Parques

    (PhysOrg.com) - Com alongamento controlado de moléculas, Os pesquisadores da Cornell demonstraram que os dispositivos de uma única molécula podem servir como novas ferramentas poderosas para experimentos científicos fundamentais. Seu trabalho resultou em testes detalhados de teorias antigas sobre como os elétrons interagem em nanoescala.

    O trabalho, liderado pelo professor de física Dan Ralph, é publicado na edição online de 10 de junho da revista Ciência . O primeiro autor é J.J. Parques, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Ralph.

    Os cientistas estudaram moléculas específicas à base de cobalto com o chamado spin intrínseco - uma quantidade quantizada de momento angular.

    As teorias postuladas pela primeira vez na década de 1980 previam que o spin molecular alteraria a interação entre os elétrons na molécula e os elétrons de condução que a cercam, e que essa interação determinaria a facilidade com que os elétrons fluem através da molécula. Até agora, essas teorias não foram testadas em detalhes por causa das dificuldades envolvidas na fabricação de dispositivos com giros controlados.

    Compreender a eletrônica de uma única molécula requer experiência em química e física, e a equipe de Cornell tem especialistas em ambos.

    "As pessoas sabem sobre moléculas de alta rotação, mas ninguém foi capaz de reunir a química e a física para fazer contato controlado com essas moléculas de spin alto, "Disse Ralph.

    Esquema do dispositivo mecanicamente controlável usado para esticar moléculas individuais enquanto mede simultaneamente a corrente de elétrons através da molécula. Crédito:Joshua Parks, Cornell University

    Os pesquisadores fizeram suas observações alongando moléculas individuais contendo spin entre dois eletrodos e analisando suas propriedades elétricas. Eles observaram o fluxo de elétrons através do complexo de cobalto, resfriado a temperaturas extremamente baixas, enquanto puxa lentamente as pontas para esticá-lo. Em um ponto particular, ficou mais difícil passar a corrente através da molécula. Os pesquisadores mudaram sutilmente as propriedades magnéticas da molécula, tornando-a menos simétrica.

    Depois de liberar a tensão, a molécula voltou à sua forma original e começou a passar a corrente com mais facilidade - mostrando assim que a molécula não havia sido prejudicada. Medições em função da temperatura, O campo magnético e a extensão do alongamento deram à equipe novos insights sobre exatamente qual é a influência do spin molecular nas interações e no fluxo de elétrons.

    Os efeitos da alta rotação nas propriedades elétricas de dispositivos em nanoescala eram questões inteiramente teóricas antes do trabalho de Cornell, Disse Ralph. Ao fazer dispositivos contendo moléculas individuais de alto spin e usar o alongamento para controlar o spin, a equipe de Cornell provou que tais dispositivos podem servir como um poderoso laboratório para abordar essas questões científicas fundamentais.


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