p Quando os dispositivos elétricos são reduzidos a uma escala molecular, as propriedades elétricas e mecânicas de uma determinada molécula tornam-se críticas. Propriedades específicas podem ser exploradas, dependendo das necessidades do aplicativo. Aqui, uma única molécula é ligada em cada extremidade a um par de eletrodos de ouro, formando um circuito elétrico, cuja corrente pode ser medida.
p (PhysOrg.com) - Em pesquisa publicada na edição de hoje do jornal
Nature Nanotechnology , Nongjian “NJ” Tao, um pesquisador do Biodesign Institute da Arizona State University, demonstrou uma maneira inteligente de controlar a condutância elétrica de uma única molécula, explorando as propriedades mecânicas da molécula. p Esse controle pode, eventualmente, desempenhar um papel no design de aparelhos elétricos ultra-minúsculos, criado para realizar inúmeras tarefas úteis, de sensoriamento biológico e químico para melhorar as telecomunicações e a memória do computador.
p Tao lidera uma equipe de pesquisa acostumada a lidar com os desafios inerentes à criação de dispositivos elétricos deste tamanho, onde efeitos peculiares do mundo quântico geralmente dominam o comportamento do dispositivo. Como Tao explica, uma dessas questões é definir e controlar a condutância elétrica de uma única molécula, ligado a um par de eletrodos de ouro.
p ”Algumas moléculas têm propriedades eletromecânicas incomuns, que são diferentes dos materiais à base de silício. Uma molécula também pode reconhecer outras moléculas por meio de interações específicas. ”Essas propriedades exclusivas podem oferecer uma tremenda flexibilidade funcional para projetistas de dispositivos em nanoescala.
p Na pesquisa atual, Tao examina as propriedades eletromecânicas de moléculas individuais imprensadas entre eletrodos condutores. Quando uma tensão é aplicada, um fluxo de corrente resultante pode ser medido. Um tipo particular de molécula, conhecido como pentafenileno, foi usado e sua condutância elétrica examinada.
p O grupo de Tao foi capaz de variar a condutância em até uma ordem de magnitude, simplesmente mudando a orientação da molécula em relação às superfícies do eletrodo. Especificamente, o ângulo de inclinação da molécula foi alterado, com a condutância aumentando conforme a distância que separa os eletrodos diminuiu, e atingindo um máximo quando a molécula estava posicionada entre os eletrodos a 90 graus.
p A razão para a dramática flutuação na condutância tem a ver com os chamados orbitais pi dos elétrons que compõem as moléculas, e sua interação com orbitais de elétrons nos eletrodos anexados. Como Tao observa, orbitais pi podem ser considerados como nuvens de elétrons, projetando-se perpendicularmente de cada lado do plano da molécula. Quando o ângulo de inclinação de uma molécula presa entre dois eletrodos é alterado, esses orbitais pi podem entrar em contato e se misturar com os orbitais de elétrons contidos no eletrodo de ouro - um processo conhecido como acoplamento lateral. Este acoplamento lateral de orbitais tem o efeito de aumentar a condutância.
p Os átomos de uma molécula (cinza) são mostrados, com seus orbitais pi acompanhantes (vermelho). À medida que a distância entre os eletrodos diminui, os orbitais pi podem interagir com os orbitais de elétrons contidos nos eletrodos de ouro - um processo conhecido como acoplamento lateral. Este efeito aumenta a condutância elétrica através da molécula.
p No caso da molécula de pentafenileno, o efeito de acoplamento lateral foi pronunciado, com os níveis de condutância aumentando em até 10 vezes conforme o acoplamento lateral dos orbitais entrava em ação. Em contraste, a molécula de tetrafenil usada como controle para os experimentos não exibiu acoplamento lateral e os valores de condutância permaneceram constantes, independentemente do ângulo de inclinação aplicado à molécula. Tao diz que agora as moléculas podem ser projetadas para explorar ou minimizar os efeitos de acoplamento lateral dos orbitais, permitindo assim o ajuste fino das propriedades de condutância, com base nos requisitos específicos de um aplicativo.
p Uma autoverificação adicional dos resultados de condutância foi realizada usando um método de modulação. Aqui, a posição da molécula foi balançada em 3 direções espaciais e os valores de condutância observados. Somente quando essas perturbações rápidas mudaram especificamente o ângulo de inclinação da molécula em relação ao eletrodo os valores de condutância foram alterados, indicando que o acoplamento lateral de orbitais de elétrons foi de fato responsável pelo efeito. Tao também sugere que esta técnica de modulação pode ser amplamente aplicada como um novo método para avaliar mudanças de condutância em sistemas em escala molecular.
