Os físicos do NUS descobriram que as complexas interações elétron-elétron mudam os níveis de energia nas interfaces molécula-metal, afetando o desempenho de dispositivos eletrônicos moleculares.

A eletrônica molecular envolve o uso de moléculas como o principal bloco de construção para a criação do circuito eletrônico. Ele pode ser potencialmente usado para desenvolver circuitos que são muito menores do que aqueles feitos de processos convencionais de silício. Compreender as propriedades eletrônicas da interface entre as moléculas e os condutores de metal, particularmente seus níveis de energia associados, é importante para racionalizar e otimizar o desempenho do dispositivo. Isso é fundamental para o desenvolvimento da eletrônica molecular.

Uma propriedade fundamental de cada molécula é sua lacuna de energia, definida como a diferença de energia entre o nível de energia orbital mais alto e mais baixo ocupado e não ocupado por elétrons, respectivamente. Esses níveis também são os níveis de energia mais importantes para o desempenho do dispositivo. A lacuna de energia de uma molécula torna-se menor quando a molécula é aproximada de uma superfície de metal; isso tornará mais fácil para os portadores de carga se moverem entre a molécula e o contato do metal. Esta mudança na lacuna é causada principalmente por efeitos de blindagem eletrônica da superfície do metal, e pode ser tão grande quanto vários elétron-volts. Contudo, esse efeito de triagem eletrônico está ausente da maioria dos estudos teóricos sobre o assunto.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Su Ying QUEK, do Departamento de Física, O NUS elucidou as propriedades da estrutura eletrônica da interface para várias moléculas diferentes em superfícies de ouro usando métodos teóricos e computacionais de última geração que levam em consideração explicitamente os efeitos da triagem eletrônica desde os primeiros princípios. Os pesquisadores realizaram cálculos em sistemas moleculares ancorados por grupos funcionais químicos comuns (amina, grupos piridina e tiolato). A equipe de pesquisa descobriu que, para uma única molécula, o efeito de triagem eletrônico pode ser previsto com precisão a partir de um modelo de carga de imagem, mesmo na presença de ligações químicas. O modelo de carga de imagem é um método eletrostático clássico que aproxima a blindagem eletrônica de uma carga de teste por uma carga de imagem no metal. Contudo, em dispositivos com muitas moléculas, os pesquisadores encontraram mecanismos de triagem eletrônicos adicionais significativos. Além dos efeitos de triagem intermolecular, As interações intermoleculares mediadas por substrato também contribuem para esses mecanismos de triagem adicionais. As descobertas sugerem que os portadores de carga podem criar um túnel mais facilmente através da interface em dispositivos com muitas moléculas.

O prof. Quek disse:"Este trabalho fornece informações valiosas sobre os muitos efeitos do elétron nas interfaces molécula-metal envolvendo ligações químicas. Os resultados e descobertas desta pesquisa constituem um passo importante para a compreensão e manipulação de sistemas orgânicos funcionais no desenvolvimento de dispositivos moleculares."