(PhysOrg.com) - Nova pesquisa abre caminho para a automontagem em nanoescala de blocos de construção orgânicos, uma nova rota promissora para a próxima geração de dispositivos eletrônicos ultrapequenos.

Moléculas semelhantes a anel com simetria quíntupla incomum se ligam fortemente a uma superfície de cobre, devido a uma transferência substancial de carga, mas experimentam notavelmente pouca dificuldade na difusão lateral, e exibem surpreendentemente pouca interação entre moléculas vizinhas. Esta combinação sem precedentes de recursos é ideal para a criação espontânea de filmes finos estáveis ​​de alta densidade, compreendendo um pavimento dessas telhas pentagonais orgânicas, com aplicações potenciais em computação, energia solar e novas tecnologias de exibição.

Atualmente, eletrônicos comerciais usam uma abordagem de cima para baixo, com a moagem ou decapagem de material inorgânico, como o silício, para tornar um dispositivo menor. Por muitos anos, o poder de computação de um determinado tamanho de chip de computador tem dobrado a cada dezoito meses (um fenômeno conhecido como lei de Moore), mas um limite nesse crescimento é esperado em breve. Ao mesmo tempo, a eficiência do acoplamento de componentes eletrônicos à luz de entrada ou saída (seja na geração de eletricidade a partir da luz solar, ou na geração de luz a partir da eletricidade em telas planas e iluminação) também é fundamentalmente limitada pelo desenvolvimento de técnicas de fabricação em escala nanométrica.

Os pesquisadores estão, portanto, procurando soluções engenhosas na criação de eletrônicos cada vez menores. O campo da nanotecnologia está adotando uma abordagem de baixo para cima na criação de eletrônicos usando componentes orgânicos que se auto-montam naturalmente, como polímeros, que será capaz de formar dispositivos espontaneamente com as características eletrônicas ou ópticas desejadas.

As últimas descobertas são de cientistas da Universidade de Cambridge e da Rutgers University, que estão trabalhando no desenvolvimento de novas classes de filmes finos orgânicos em superfícies. Ao estudar as forças fundamentais em jogo nas películas finas de automontagem, eles estão desenvolvendo o conhecimento que lhes permitirá adaptar esses filmes em dispositivos orgânicos-eletrônicos em escala molecular, a criação de componentes menores do que jamais seria possível com as técnicas de fabricação convencionais.

Dra. Holly Hedgeland, do Departamento de Física da Universidade de Cambridge, um dos co-autores do artigo relatando a pesquisa, disse:"Com a indústria de semicondutores atualmente avaliada em US $ 249 bilhões por ano, há uma motivação clara para uma compreensão em escala molecular de tecnologias inovadoras que podem vir a substituir as que usamos hoje."

Não são simplesmente as propriedades eletrônicas de uma molécula em uma superfície que controlarão seu potencial de fazer parte de um dispositivo, mas também se ele se moverá sozinho para a configuração estrutural exigida e permanecerá estável nessa posição, mesmo se o dispositivo ficar aquecido durante o uso.

As moléculas que estão fortemente ligadas ao substrato com um alto grau de transferência de carga oferecem uma gama de novas possibilidades, embora pouco se saiba atualmente sobre seu comportamento. Uma série de moléculas orgânicas, geralmente apresentando anéis de carbono através dos quais a carga eletrônica pode conduzir, potencialmente demonstrar as propriedades eletrônicas corretas, mas as forças de longo alcance que governarão sua automontagem durante as primeiras fases de crescimento freqüentemente permanecem um mistério.

Agora, a equipe interdisciplinar baseada nos Departamentos de Física e Química da Universidade de Cambridge, e o Departamento de Química e Biologia Química da Rutgers University, relataram as primeiras medições dinâmicas para uma nova classe de filme fino orgânico onde as moléculas de ciclopentadienil (C5H5) recebem carga eletrônica significativa da superfície, no entanto, se difundem facilmente pela superfície e mostram interações entre si que são muito mais fracas do que seria normalmente esperado para a quantidade de carga transferida.

Hedgeland explicou:"Ao unir a técnica experimental de spin echo de hélio com cálculos avançados de primeiros princípios, fomos capazes de estudar o comportamento dinâmico de uma camada de ciclopentendienil em uma superfície de cobre, e deduzir que a transferência de carga entre o metal e a molécula orgânica estava ocorrendo em um sentido contra-intuitivo. "

Dr. Marco Sacchi, do Departamento de Química da Universidade de Cambridge, que realizou os cálculos que ajudaram a explicar os novos resultados experimentais surpreendentes, disse que "a chave para o comportamento único do ciclopentadienil está em sua simetria pentagonal (quíntupla), o que o impede de travar em qualquer local dentro da simetria triangular (três vezes) da superfície de cobre por meio de ligações covalentes direcionais, deixando-o livre para mover-se facilmente de um site para outro; ao mesmo tempo, sua estrutura eletrônica interna tem apenas um elétron a menos de uma configuração "aromática" extremamente estável, encorajando um alto grau de transferência de carga da superfície e criando uma forte ligação iônica não direcional. "

As descobertas dos pesquisadores, relatado em Cartas de revisão física hoje, Sexta-feira, 6 de maio, destacam o potencial de uma nova categoria de adsorbato molecular, que poderia cumprir todos os critérios exigidos para uma aplicação útil.

Hedgeland concluiu:"O caráter incomum da transferência de carga, neste caso, evita as grandes interações repulsivas entre moléculas adjacentes que de outra forma seriam esperadas, e, portanto, deve permitir a formação de filmes de alta densidade incomum. Ao mesmo tempo, as moléculas permanecem altamente móveis e ainda fortemente ligadas à superfície, com um alto grau de estabilidade térmica. Em tudo, esta é uma combinação de propriedades físicas que oferece um enorme benefício potencial para o desenvolvimento de novas classes de filmes orgânicos automontados relevantes para aplicações tecnológicas. "