Pesquisadores do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica do CAS (IOCB Praga) e colaboradores institucionais demonstraram pela primeira vez um efeito piezoelétrico de uma única molécula. O estudo, publicado no Jornal da American Chemical Society , representa um avanço na compreensão do comportamento eletromecânico de moléculas individuais e fornece um novo conceito de design de motores moleculares, sensores e geradores de eletricidade em nanoescala.

O efeito piezoelétrico emerge em alguns materiais nos quais as propriedades mecânicas e elétricas estão acopladas. O campo elétrico pode ser gerado se uma tensão mecânica for aplicada (efeito piezoelétrico direto) ou, por outro lado, a deformação mecânica pode surgir se o campo elétrico for aplicado (efeito piezoelétrico inverso).

Esses efeitos têm inúmeras aplicações práticas no setor automotivo, Smartphone, computador, indústrias médicas e militares. O efeito piezoelétrico é empregado em smartphones, microfones, isqueiros, sistemas de airbag, sonares e microscópios de varredura. Contudo, o efeito piezoelétrico de molécula única, que é essencial para futuros dispositivos moleculares eletromecânicos, até agora permaneceu indescritível.

"Em estreita colaboração com os físicos, foi provado pela primeira vez que um forte efeito piezoelétrico inverso pode ser observado em moléculas individuais do derivado heptaeliceno, que é uma molécula de carbono em forma de parafuso semelhante a uma mola, "disse Ivo Starý, o líder do grupo de químicos do IOCB Praga preparando o composto.

O efeito foi experimentalmente demonstrado pelo grupo de físicos do IP CAS em moléculas individuais em uma superfície de prata usando microscopia de varredura por sonda. O líder do grupo, Pavel Jelínek, diz:"A magnitude da constante piezoelétrica calculada a partir dos dados experimentais é significativamente maior do que aquela dos polímeros piezoelétricos conhecidos e é comparável às magnitudes medidas em alguns materiais inorgânicos, como o óxido de zinco. Além disso, explicamos a origem do efeito piezoelétrico de uma única molécula empregando cálculos da mecânica quântica. "

Como funciona o efeito piezoelétrico inverso em nanoescala? A molécula em forma de parafuso dotada de um dipolo interno se estica ou se comprime dependendo da força e da polaridade do campo elétrico externo. Ele surge pela aplicação de uma polarização de voltagem entre a almofada de prata e a ponta atomicamente afiada do microscópio de varredura que reside sobre a molécula estudada. Como a mudança na altura de uma molécula pode ser monitorada com extrema precisão, é possível ver a deformação de uma molécula induzida pelo campo elétrico. Tal acoplamento do movimento mecânico de uma molécula e a mudança no campo elétrico, o que é recíproco pela teoria, representa uma entrada no mundo das moléculas fazendo trabalho mecânico, bem como nanogeradores moleculares de energia elétrica.