p As perspectivas futuras para novos dispositivos eletrônicos orgânicos superiores são mais brilhantes agora, graças a um novo estudo realizado por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do DOE (Berkeley Lab). Trabalhando na Fundição Molecular do Laboratório, um centro de nanociências DOE, a equipe forneceu a primeira determinação experimental das vias pelas quais a carga elétrica é transportada de molécula a molécula em um filme orgânico fino. Seus resultados também mostram como tais filmes orgânicos podem ser modificados quimicamente para melhorar a condutância. p "Nós mostramos que quando as moléculas em filmes finos orgânicos estão alinhadas em direções específicas, há uma condutância muito melhor, "diz Miquel Salmeron, uma autoridade líder em imagens de superfície em nanoescala que dirige a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e que liderou este estudo. “Os químicos já sabem como fabricar filmes finos orgânicos de forma a atingir esse alinhamento, o que significa que eles devem ser capazes de usar as informações fornecidas por nossa metodologia para determinar o alinhamento molecular e seu papel no transporte de carga através e ao longo das moléculas. Isso ajudará a melhorar o desempenho dos futuros dispositivos eletrônicos orgânicos. "

p Salmeron e Shaul Aloni, também da Divisão de Ciências de Materiais, são os autores correspondentes de um artigo na revista Nano Letras que descreve este trabalho. O artigo é intitulado "Microscopia Eletrônica Revela Estrutura e Morfologia de Filmes Orgânicos Finos de Uma Molécula". Outros co-autores foram Virginia Altoe, Florent Martin e Allard Katan.

p Eletrônica orgânica, também conhecido como eletrônica de plástico ou polímero, são dispositivos que utilizam moléculas baseadas em carbono como condutores, em vez de metais ou semicondutores. Eles são valorizados por seus baixos custos, peso leve e flexibilidade emborrachada. A eletrônica orgânica também deve desempenhar um grande papel na computação molecular, mas até agora seu uso tem sido dificultado pela baixa condutância elétrica em comparação com metais e semicondutores.

p "Químicos e engenheiros têm usado sua intuição e testes de tentativa e erro para progredir no campo, mas em algum ponto você bate em uma parede a menos que entenda o que está acontecendo no nível molecular, por exemplo, como os elétrons ou buracos fluem através ou através das moléculas, como o transporte de carga depende da estrutura das camadas orgânicas e da orientação das moléculas, e como o transporte de carga responde a forças mecânicas e insumos químicos, "Salmeron diz." Com nossos resultados experimentais, mostramos que agora podemos fornecer respostas para essas perguntas. "

p Neste estudo, Salmeron e seus colegas usaram padrões de difração de elétrons para mapear as estruturas cristalinas de filmes moleculares feitos de monocamadas de versões curtas de polímeros comumente usados ​​contendo cadeias longas de unidades de tiofeno. Eles se concentraram especificamente no ácido pentatiofeno butírico (5TBA) e dois de seus derivados (D5TBA e DH5TBA) que foram induzidos a se automontar em vários substratos transparentes de elétrons.

p Os pentatiofenos - moléculas contendo um anel de quatro átomos de carbono e um de enxofre - são membros de uma família bem estudada e promissora de semicondutores orgânicos.

p A obtenção de mapas cristalográficos estruturais de filmes orgânicos de monocamada usando feixes de elétrons representou um grande desafio, como Aloni explica.

p "Essas moléculas orgânicas são extremamente sensíveis aos elétrons de alta energia, "diz ele." Quando você dispara um feixe de elétrons de alta energia através do filme, isso afeta imediatamente as moléculas. Em poucos segundos, não vemos mais o alinhamento intermolecular característico do padrão de difração. Apesar disso, quando aplicado corretamente, a microscopia eletrônica torna-se uma ferramenta essencial que pode fornecer informações únicas sobre amostras orgânicas. "

p Salmeron, Aloni e seus colegas superaram o desafio através da combinação de uma estratégia única que desenvolveram e um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) na unidade de geração de imagens e manipulação de nanoestruturas da Molecular Foundry. Os padrões de difração de elétrons foram coletados quando um feixe de elétrons paralelo foi varrido sobre o filme, em seguida, analisado por computador para gerar mapas cristalográficos estruturais.

p "Esses mapas contêm informações inflexíveis sobre o tamanho, simetria e orientação da célula unitária, a orientação e estrutura dos domínios, o grau de cristalinidade, e quaisquer variações na escala do micrômetro, "diz o primeiro autor Altoe." Esses dados são cruciais para compreender a estrutura e as propriedades de transporte elétrico dos filmes orgânicos, e nos permitem rastrear pequenas mudanças impulsionadas por modificações químicas dos filmes de suporte. "

p Em seu jornal, os autores reconhecem que, para obter informações estruturais, eles tiveram que sacrificar alguma resolução.

p "A resolução alcançável do mapa estrutural é um compromisso entre a dureza da radiação da amostra, sensibilidade e ruído do detector, e taxa de aquisição de dados, "Salmeron diz." Para manter a dose de elétrons de alta energia em um nível que o filme de monocamada poderia suportar e ainda ser capaz de coletar informações valiosas sobre sua estrutura, tivemos que espalhar o feixe para um diâmetro de 90 nanômetros. However a fast and direct control of the beam position combined with the use of fast and ultrasensitive detectors should allow for the use of smaller beams with a higher electron flux, resulting in a better than 10 nanometer resolution."

p While the combination of organic molecular films and substrates in this study conduct electrical current via electron holes (positively-charged energy spaces), Salmeron and his colleagues say their structural mapping can also be applied to materials whose conductance is electron-based.

p "We expect our methodology to have widespread applications in materials research, " Salmeron says.