Uma equipe de pesquisa internacional conseguiu pela primeira vez controlar a quiralidade de moléculas individuais através da isomerização estrutural. A equipe, liderada pelo NIMS, pela Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Osaka e pelo Instituto Nano Life Science da Universidade de Kanazawa (WPI-NanoLSI), também conseguiu sintetizar dirradicais altamente reativos com dois elétrons desemparelhados. Eles realizaram essas tarefas usando uma sonda de microscópio de tunelamento em baixas temperaturas.



A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications .

Geralmente é bastante desafiador controlar a quiralidade de unidades moleculares individuais e sintetizar dirradicais extremamente reativos em química orgânica; isso impediu uma investigação detalhada das propriedades eletrônicas e magnéticas dos dirradicais. Estas questões inspiraram o desenvolvimento de técnicas de reação química para controlar estruturas de moléculas individuais na superfície.

A equipe de pesquisa desenvolveu recentemente uma técnica que permite modificar a quiralidade de unidades moleculares individuais específicas em uma nanoestrutura tridimensional de maneira controlada. Eles conseguiram isso excitando uma unidade molecular alvo com corrente de tunelamento de uma sonda de microscópio de tunelamento de varredura em baixa temperatura sob condições de vácuo ultra-alto.

Ao controlar com precisão os parâmetros de injeção de corrente (por exemplo, o sítio molecular, no qual a corrente de tunelamento é injetada em uma determinada voltagem aplicada), a equipe conseguiu reorganizar as unidades moleculares em três configurações diferentes:dois estereoisômeros diferentes e um dirradical. Finalmente, a equipe demonstrou a controlabilidade e reprodutibilidade da isomerização estrutural codificando caracteres ASCII (lendo "NanoProbe Grp. NIMS") usando valores binários e ternários em uma série de matrizes moleculares unidimensionais com cada matriz representando um único caractere.

Em pesquisas futuras, a equipe planeja fabricar novas nanoestruturas de carbono compostas por unidades moleculares projetadas, cujas configurações são controladas através da técnica de isomerização estrutural desenvolvida neste projeto. Além disso, a equipe explorará a possibilidade de criar materiais quânticos nos quais unidades moleculares radicais conduzam acoplamentos de troca magnética entre as unidades conforme projetado – um efeito mecânico quântico.

Este projeto foi realizado por uma equipe de pesquisa composta por Shigeki Kawai (Líder, Nanoprobe Group (NG), Centro de Pesquisa Básica em Materiais (CBRM), NIMS), Zhangyu Yuan (Pesquisador Júnior, NG, CBRM, NIMS), Kewei Sun (ICYS Research Fellow, NG, CBRM, NIMS), Oscar Custance (Pesquisador Gerente, NG, CBRM, NIMS), Takashi Kubo (Professor, Departamento de Química, Escola de Pós-Graduação em Ciências, Universidade de Osaka) e Adam S. Foster (Professor, Nano Life Science Institute, Universidade de Kanazawa; também Professor, Universidade de Aalto).

Mais informações: Shigeki Kawai et al, Isomerização estrutural induzida por sonda local em uma matriz molecular unidimensional, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43659-4
Informações do diário: Comunicações da Natureza

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