p Nanotecnologistas montam nanodispositivos intrincados, como chips de computador, molécula por molécula usando técnicas "ascendentes" que espelham a natureza. Uma abordagem transporta moléculas ao longo de superfícies em arranjos novos e funcionais usando elétrons de uma ponta de microscópio de tunelamento de varredura (STM). Contudo, porque a transferência de energia entre a ponta da escala atômica e a superfície química envolve muitas interações complexas, laboriosos esforços são necessários atualmente para compreender até mesmo as reações mais simples. p Resultados de um novo estudo teórico e experimental, Contudo, pode em breve permitir que não especialistas construam dispositivos moleculares com facilidade. Kenta Motobayashi e Yousoo Kim do RIKEN Advanced Science Institute em Wako e seus colegas de RIKEN e universidades japonesas desenvolveram uma fórmula matemática que descreve como as vibrações moleculares induzidas por STM combinam com movimentos dinâmicos em superfícies - permitindo o cálculo preciso da energia e do número de elétrons necessários para iniciar os movimentos de uma única molécula.

p Quando os cientistas usam um STM para realizar um movimento molecular direto, por exemplo, fazer compostos de monóxido de carbono (CO) ‘pular’ em superfícies de paládio - eles vêem que a fração de movimentos bem-sucedidos depende fortemente da voltagem aplicada. Para CO, isso ocorre porque pular de um local da superfície para outro requer um elétron de tunelamento para iniciar uma vibração de alongamento específica. Na faixa de tensão correspondente a esta energia vibracional, O salto de CO pode aumentar exponencialmente, dando origem aos chamados 'espectros de ação':curvas de rendimentos de movimento versus voltagem com formas características de reações de superfície específicas.

p Motobayashi, Kim e colegas procuraram descobrir os mecanismos microscópicos por trás da difusão estimulada por STM, propondo uma fórmula que relaciona os rendimentos de movimento com a eficiência de transferência de energia necessária para excitar as vibrações que desencadeiam a reação, enquanto também contabiliza as interações térmicas. Ajustar os espectros de ação do CO a esta fórmula revelou as magnitudes exatas das propriedades críticas da reação, como energias vibracionais e constantes de taxa, porque as curvas espectrais eram altamente sensíveis a pequenas modificações dos parâmetros de ajuste.

p Além disso, a nova equação da equipe se mostrou versátil o suficiente para analisar os movimentos mais complexos do buteno (C ₄ H ₈ ) moléculas de paládio, um processo que envolve múltiplas excitações. A análise dos espectros de ação do buteno com a fórmula mostrou a presença de três vibrações distintas e possibilitou o cálculo da ordem da reação - uma propriedade química fundamental que identifica o número de elétrons de tunelamento necessários para iniciar o movimento da superfície.

p De acordo com Motobayashi, as habilidades surpreendentes deste método simples devem expandir as práticas de nanotecnologia de baixo para cima. “Espectroscopia de ação baseada em STM, que pode identificar com precisão as espécies químicas graças aos nossos ajustes espectrais, promete contribuir muito para a técnica de composição de dispositivos moleculares, ”Afirma.