As moléculas são geralmente formadas em vasos de reação ou frascos de laboratório. Uma equipe de pesquisa da Empa agora conseguiu produzir moléculas entre dois microscopicamente pequenos, pontas de ouro móveis - em certo sentido como um espécime único "tricotado à mão". As propriedades das moléculas podem ser monitoradas em tempo real enquanto são produzidas. Os resultados da pesquisa acabam de ser publicados em Nature Communications .

A fabricação de componentes eletrônicos geralmente segue um caminho de cima para baixo em laboratórios físicos especializados. Usando ferramentas especiais de escultura em salas limpas, os cientistas são capazes de fabricar estruturas que atingem apenas alguns nanômetros. Contudo, A precisão atômica continua sendo muito desafiadora e geralmente requer microscópios especiais, como um Microscópio de Força Atômica (AFM) ou um Microscópio de Tunelamento de Varredura (STM). Os químicos, por outro lado, costumam atingir um tour de force:eles podem sintetizar um grande número de moléculas que são exatamente idênticas. Mas sintetizar uma única molécula com precisão atômica e monitorar esse processo de montagem continua sendo um desafio formidável.

Uma equipe de pesquisa da Empa, a Universidade de Basel e a Universidade de Oviedo agora conseguiram fazer exatamente isso:os pesquisadores sintetizaram moléculas em forma de cadeia entre duas pontas de ouro microscopicamente pequenas. Cada molécula é criada individualmente. As propriedades da molécula resultante podem ser monitoradas e documentadas em tempo real durante a síntese.

Micro-manufatura entre pontas de ouro

Anton Vladyka, Jan Overbeck e Mickael Perrin trabalham no laboratório "Transport at Nanoscale Interfaces" da Empa, liderado por Michel Calame. Para seus experimentos, eles usaram uma técnica chamada junção de interrupção mecanicamente controlável (MCBJ). Uma ponte de ouro com apenas alguns nanômetros de espessura é lentamente esticada em uma solução reagente até que se quebre. Moléculas individuais podem se prender às pontas de fratura da nano-ponte e sofrer reações químicas.

Os pesquisadores da Empa mergulharam as pontas de ouro em uma solução de 1, 4-diisocianobenzeno (DICB), uma molécula com fortes dipolos elétricos em ambas as extremidades. Essas extremidades altamente carregadas se ligam prontamente a átomos de ouro. O resultado:quando a ponte é destruída, uma molécula DICB separa átomos de ouro individuais do contato e, assim, constrói uma cadeia molecular. Cada molécula DICB é seguida por um átomo de ouro, seguido por outra molécula DICB, um átomo de ouro, e assim por diante.

Notavelmente, a montagem molecular não era dependente de quaisquer coincidências, mas funcionou altamente reproduzível - mesmo em temperatura ambiente. Os pesquisadores abriram e fecharam repetidamente a ponte de ouro para entender melhor o processo. Em 99 de 100 ensaios, cadeias moleculares idênticas de ouro e DICB foram formadas. Ao monitorar a condutividade elétrica entre os contatos de ouro, os pesquisadores conseguiram até determinar o comprimento da corrente. Podem ser detectados até três elos da cadeia. Se quatro ou mais elos da cadeia forem formados, a condutividade é muito baixa e a molécula permanece invisível durante o experimento.

Este novo método permite aos pesquisadores produzir moléculas eletricamente condutoras como espécimes únicos e caracterizá-las usando uma variedade de métodos. Isso abre possibilidades completamente novas para alterar as propriedades elétricas de moléculas individuais diretamente ("in situ") e ajustá-las com precisão atômica. Isso é considerado um passo crucial para a miniaturização dos componentes eletrônicos. Ao mesmo tempo, ele oferece uma visão profunda dos processos de transporte no nível atômico. "Para descobrir novas propriedades em montagens moleculares, devemos primeiro ser capazes de construir essas estruturas moleculares de uma maneira reproduzível, "diz Michel Calame." Isso é exatamente o que alcançamos agora. "