Estritamente proibido dançar:pesquisadores descobrem novas regras de design molecular
Ilustração artística de uma propriedade de emissão de luz de moléculas orgânicas modulada pela dança quântica dos átomos. Crédito:Pratyush Ghosh, Laboratório Cavendish, Universidade de Cambridge Desde a descoberta da mecânica quântica, há mais de cem anos, sabe-se que os elétrons nas moléculas podem ser acoplados ao movimento dos átomos que as constituem. Freqüentemente chamados de vibrações moleculares, o movimento dos átomos atua como pequenas molas, passando por movimentos periódicos.
Para os elétrons nesses sistemas, estar unidos ao quadril com essas vibrações significa que eles também estão em constante movimento, dançando ao som dos átomos, em escalas de tempo de um milionésimo de bilionésimo de segundo. Mas toda esta dança leva a uma perda de energia e limita o desempenho de moléculas orgânicas em aplicações como díodos emissores de luz (OLED), sensores infravermelhos e biomarcadores fluorescentes utilizados no estudo de células e para marcar doenças como células cancerígenas.
Agora, pesquisadores usando técnicas espectroscópicas baseadas em laser descobriram “novas regras de design molecular” capazes de interromper essa dança molecular. Seus resultados, publicados na Nature , revelou princípios de design cruciais que podem interromper o acoplamento de elétrons às vibrações atômicas, interrompendo sua dança frenética e impulsionando as moléculas para alcançar um desempenho incomparável.
“Todas as moléculas orgânicas, como as encontradas nas células vivas ou na tela do seu telefone, consistem em átomos de carbono conectados uns aos outros por meio de uma ligação química”, disse Cavendish Ph.D. estudante Pratyush Ghosh, primeiro autor do estudo e membro do St John's College.
"Essas ligações químicas são como pequenas molas vibratórias, que geralmente são sentidas pelos elétrons, prejudicando o desempenho de moléculas e dispositivos. No entanto, descobrimos agora que certas moléculas podem evitar esses efeitos prejudiciais quando restringimos a estrutura geométrica e eletrônica da molécula para algumas configurações especiais."
Para demonstrar esses princípios de design, os cientistas projetaram uma série de moléculas eficientes que emitem infravermelho próximo (680–800 nm). Nessas moléculas, as perdas de energia resultantes de vibrações – essencialmente, elétrons dançando ao som dos átomos – foram mais de 100 vezes menores do que nas moléculas orgânicas anteriores.
Esta compreensão e desenvolvimento de novas regras para projetar moléculas emissoras de luz abriu uma trajetória extremamente interessante para o futuro, onde estas observações fundamentais podem ser aplicadas às indústrias.
"Essas moléculas também têm uma ampla gama de aplicações hoje. A tarefa agora é traduzir nossa descoberta para criar tecnologias melhores, desde exibições aprimoradas até moléculas aprimoradas para imagens biomédicas e detecção de doenças", concluiu o professor Akshay Rao do Laboratório Cavendish, que liderou esta pesquisa.
