Semicondutores orgânicos são candidatos muito promissores como materiais de partida para a fabricação de produtos baratos, grande área e componentes eletrônicos flexíveis, como transistores, diodos e sensores em uma escala que varia de micro a nano. Uma condição para o sucesso em atingir este objetivo é a capacidade de unir componentes com links condutores de eletricidade - em outras palavras, para criar um circuito eletrônico. Cientistas europeus desenvolveram um novo método que lhes permite criar redes simples de nanofios orgânicos.

Quando o físico espanhol Angel Barranco voltou a Valência após uma temporada de pesquisa de três anos na Empa, ele iniciou o projeto da UE PHODYE com, entre outros, seus antigos colegas Empa. O objetivo é desenvolver sensores de gás altamente sensíveis, para monitorar emissões de veículos rodoviários, por exemplo, ou para fornecer aos funcionários do laboratório e aos trabalhadores da mina um aviso prévio da presença de substâncias tóxicas. Os sensores são baseados em filmes finos fluorescentes que mudam de cor e fluorescem em contato com certas moléculas de gás.

"Estávamos pensando em uma espécie de chave eletrônica para aplicativos de segurança, que só reagiria a certas condições ópticas, "explica o físico da Empa Pierangelo Groening. O necessário para isso são transparentes, filmes finos fortemente fluorescentes, então Groening e Barranco desenvolveram um processo de deposição de plasma para armazenar moléculas de corante fluorescente, como metaloprofinas, perilenos e ftalocianinas não modificadas e em altas concentrações em SiO ₂ ou TiO ₂ camadas.

Logo ficou claro que, se certas moléculas de gás depositadas nas partículas de corante nas películas finas, então, estes fluoresceram em diferentes comprimentos de onda e o filme fino mudou de cor como resultado. Se diferentes corantes forem usados, os gases tóxicos para os humanos podem ser detectados em concentrações muito baixas.

Contudo, para muitas aplicações de sensor, é importante que o tempo de resposta seja o mais curto possível, algo que dificilmente é possível com camadas compactas de corante de plasma. Isto é, por outro lado, possível com camadas que têm uma estrutura muito porosa, lembrando o cochilo de um tapete em escala nanométrica. Os cientistas esperam obter mais benefícios dessas camadas porque aumentam a área na qual as moléculas de gás a serem detectadas podem ser adsorvidas, e também encurtar as distâncias de difusão, permitindo que o sensor responda mais rápido. A física Ana Borras desenvolveu então um novo processo de deposição a vácuo para sintetizar nanofios orgânicos.

Nesse ínterim, os pesquisadores do Empa progrediram, aprender como fabricar nanofios com características muito variadas, selecionando apropriadamente a molécula inicial e as condições experimentais. Os nanofios de moléculas de metalo-ftalocianina têm diâmetros de meros 10 a 50 nanômetros e um comprimento de até 100 mícrons. O que é incomum e inesperado sobre o novo método é que, controlando exatamente a temperatura do substrato, fluxo de moléculas e tratamento de substrato, os nanofios orgânicos desenvolvem uma forma anteriormente inatingida, estrutura perfeitamente monocristalina.

Imediatamente após os primeiros estudos terem sido feitos com o microscópio eletrônico, ficou claro para Groening que o novo processo não só poderia fornecer nanofios para os sensores de gás, mas também possibilitar a criação de complexos "circuitos elétricos de nanofios" para aplicações eletrônicas e optoeletrônicas, como a solar células, transistores e diodos. Isso ocorre porque os diferentes tipos de nanofios podem ser combinados conforme necessário para formar redes com propriedades amplamente variadas, como Groening e colegas de trabalho relatam na revista científica Materiais avançados .

O truque para conseguir isso está em uma segunda etapa, na qual os nanofios que crescem na superfície são "decorados" com nanopartículas de prata por um processo de revestimento por pulverização catódica. Um alvo, neste caso, um pedaço de prata maciça, é bombardeado com íons energéticos, eliminando átomos de prata que entram na fase gasosa e são depositados nos nanofios. Em uma etapa final, a equipe da Empa agora cultiva mais nanofios que, graças às partículas de prata, estão em contato elétrico com os fios originais - a base de um circuito elétrico na escala nanométrica.

As primeiras medições de condutividade elétrica, feito com a ajuda de um microscópio de túnel de varredura de quatro pontas em ultra alto vácuo, excedeu as expectativas mais otimistas - o material é de uma qualidade excepcionalmente alta. “Isso abre a possibilidade de, em breve, podermos fabricar materiais semicondutores orgânicos, "diz Groening com confiança." E isso, também, usando um processo simples e econômico. "Nesse ínterim, os pesquisadores sintetizaram com sucesso estruturas cada vez mais complexas de nanofios, e conseguiu vinculá-los usando uma boa dose de habilidade e um toque seguro.

Leva, por exemplo, nanofios consistindo em seções feitas com diferentes moléculas iniciais. Se essas moléculas podem transportar apenas cargas positivas ou negativas, em seguida, é criado um diodo que permite que a corrente flua apenas em uma direção. Groening especula que é bem possível que um dia componentes para nanoletrônica e nanofotônica sejam feitos usando essa técnica.