p Uma visão que atualmente está impulsionando os cientistas de materiais é combinar moléculas orgânicas (e suas diversas funcionalidades) com as possibilidades tecnológicas oferecidas pela eletrônica de semicondutores extremamente sofisticada. Graças a métodos modernos de micro e nanotecnologia, o último projeta componentes eletrônicos cada vez mais eficientes para uma ampla variedade de aplicações. Contudo, também está atingindo cada vez mais seus limites físicos:estruturas cada vez menores para funcionalizar materiais semicondutores, como o silício, não podem ser produzidas usando as abordagens da tecnologia clássica. Cientistas já apresentaram uma nova abordagem na revista Química da Natureza :Eles mostram que camadas únicas moleculares estáveis, mas muito bem ordenadas, podem ser produzidas em superfícies de silício - por automontagem. Para fazer isso, eles usam carbenos N-heterocíclicos. Estas são pequenas moléculas de anel orgânico reativas cuja estrutura e propriedades variam de muitas maneiras e podem ser adaptadas por diferentes grupos "funcionais". p Pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Mario Dähne (TU Berlin, Alemanha), Prof. Dr. Norbert Esser (TU Berlin e Leibniz Institute for Analytical Sciences, Alemanha), Prof. Dr. Frank Glorius (Universidade de Münster, Alemanha), Dr. Conor Hogan (Instituto de Estrutura da Matéria, Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, Roma, Itália) e o Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt (Universidade de Paderborn, Alemanha) estiveram envolvidos no estudo.

p A miniaturização tecnológica chega ao seu limite

p "Em vez de tentar produzir artificialmente estruturas cada vez menores com esforço crescente, é óbvio aprender com as estruturas e processos moleculares da natureza e fundir sua funcionalidade com a tecnologia de semicondutores, "diz o químico Frank Glorius." Isso faria uma interface, por assim dizer, entre a função molecular e a interface eletrônica do usuário para aplicações técnicas. "O pré-requisito é que as moléculas ultrapequenas com estrutura e funcionalidade variáveis ​​tenham que ser fisicamente incorporadas aos dispositivos semicondutores, e eles teriam que ser reproduzíveis, estável e o mais simples possível.

p Aproveitando a auto-organização das moléculas

p A auto-organização das moléculas em uma superfície, como uma interface para o dispositivo, pode executar essa tarefa muito bem. Moléculas com uma estrutura definida podem ser adsorvidas em superfícies em grande número e se organizar em uma estrutura desejada que é predeterminada pelas propriedades moleculares. "Isso funciona muito bem em superfícies de metais, por exemplo, mas infelizmente, não de forma satisfatória para materiais semicondutores até agora, "explica o físico Norbert Esser. Isso porque, para poder se organizar, as moléculas devem ser móveis (difusas) na superfície. Mas as moléculas em superfícies semicondutoras não fazem isso. Em vez, eles estão tão fortemente ligados à superfície que grudam onde quer que cheguem à superfície.

p Carbenos N-heterocíclicos como uma solução

p Ser simultaneamente móvel e, ao mesmo tempo, conectado de forma estável à superfície é o problema crucial e, ao mesmo tempo, a chave para as aplicações potenciais. E é precisamente aqui que os pesquisadores têm agora uma possível solução em mãos:carbenos N-heterocíclicos. Seu uso para funcionalização de superfície atraiu muito interesse na última década. Em superfícies de metais como ouro, prata e cobre, por exemplo, eles provaram ser ligantes de superfície muito eficazes, frequentemente superando outras moléculas. Contudo, sua interação com superfícies semicondutoras permaneceu virtualmente inexplorada.

p Formação de uma estrutura molecular regular

p Certas propriedades dos carbenos são decisivas para o fato de que agora foi possível, pela primeira vez, produzir camadas únicas moleculares em superfícies de silício:carbenos N-heterocíclicos, como outras moléculas, formam ligações covalentes muito fortes com o silício e, portanto, são ligadas de forma estável. Contudo, os grupos laterais da molécula simultaneamente os mantêm "à distância" da superfície. Assim, eles ainda podem se mover na superfície. Embora eles não viajem muito - apenas algumas distâncias atômicas - isso é suficiente para formar uma estrutura molecular quase igualmente regular na superfície do cristal de silício regularmente estruturado.

p Colaboração interdisciplinar

p Usando uma abordagem multi-método complementar de síntese química orgânica, microscopia de varredura de sonda, espectroscopia de fotoelétrons e simulações de materiais abrangentes, os pesquisadores esclareceram o princípio desta nova interação química em sua colaboração interdisciplinar. Eles também demonstraram a formação de estruturas moleculares regulares em vários exemplos. "Isso abre um novo capítulo para a funcionalização de materiais semicondutores, como o silício, nesse caso, "diz o físico Dr. Martin Franz, primeiro autor do estudo.