p (Phys.org) —Em um artigo publicado em Nature Nanontechnology em 2 de setembro, 2012, cientistas do Laboratório Nacional Brookhaven do DOE e dos departamentos de Química e Física Aplicada da Universidade de Columbia exploram as leis que governam a condutância eletrônica em circuitos de escala molecular. p "Todo mundo que já trabalhou com circuitos eletrônicos básicos sabe que existem algumas regras simples de uso, como a lei de Ohm, "explica o colaborador Mark Hybertsen, um físico do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven (CFN). Hybertsen forneceu a teoria para modelar o comportamento do circuito observado com as ferramentas computacionais do CFN. "Por vários anos, temos feito perguntas fundamentais para investigar como essas regras podem ser diferentes se o circuito eletrônico for reduzido à escala de uma única molécula."

p A condutância mede o grau em que um circuito conduz eletricidade. Em um circuito simples, se você conectar os resistores em paralelo, os elétrons podem fluir por dois caminhos diferentes. Nesse caso, a condutância do circuito completo será simplesmente a soma da condutância de cada resistor.

p Contudo, em um circuito molecular, as regras que governam o fluxo atual agora envolvem a mecânica quântica fundamental. Na maioria dos circuitos de molécula única, as moléculas não se comportam como resistores convencionais; em vez de, o túnel de elétrons através da molécula. Quando a molécula oferece dois caminhos em paralelo, o movimento ondulatório de um elétron pode mudar dramaticamente a forma como a condutância aumenta. Por muitos anos, especialistas em nanotecnologia suspeitaram - mas não provaram - que os efeitos da interferência quântica tornam a condutância de um circuito com dois caminhos até quatro vezes maior do que a condutância de um circuito com um único caminho.

p A fim de investigar esses efeitos da mecânica quântica mais a fundo, os cientistas precisavam construir seus próprios circuitos de tamanho nano controláveis. Trabalhando com o grupo de Ronald Breslow em Columbia, eles projetaram e sintetizaram uma série de moléculas para usar no experimento.

p "Fazer um circuito de forma confiável a partir de uma única molécula é realmente desafiador, "diz Latha Venkataraman, um professor de Física Aplicada de Engenharia de Columbia, cujo grupo aperfeiçoou o método usado para fazer os circuitos moleculares. "Imagine tentar tocar as duas extremidades de uma molécula com apenas dez átomos de comprimento."

p Para fazer os circuitos, O grupo de Venkataraman adaptou um aparelho de microscópio de tunelamento de varredura (STM) para pressionar repetidamente uma ponta afiada de ouro em outro eletrodo de ouro e, em seguida, retirá-lo. Quando esta junção quebra, chega um momento em que a lacuna entre as duas peças de ouro se encaixa perfeitamente na molécula. Assim que o sistema de circuito estiver configurado, a medição da condutância é rápida e pode ser repetida milhares de vezes para obter dados estatisticamente confiáveis.

p Usando essa abordagem, os cientistas descobriram que as moléculas com duas vias internas, como a visualizada na figura à direita, tinham uma condutância maior do que a soma da condutância de cada braço, embora o aumento não tenha sido tão grande quanto eles haviam previsto. Para entender melhor esse efeito, Hector Vasquez da Columbia trabalhou com Hybertsen para simular computacionalmente a transmissão mecânica quântica de um elétron através de cada circuito.

p "Tanto as medições quanto as simulações mostram que as moléculas com dois caminhos paralelos podem ter uma condutância maior que duas vezes a de uma molécula com um único caminho, "disse Hybertsen." Esta é a assinatura de que o efeito de interferência quântica está desempenhando um papel. "

p O grupo suspeita que outros fatores, como a natureza da ligação da molécula aos eletrodos, precisam ser considerados ao calcular a condutância de um circuito molecular. Eles estão investigando outras questões centrais sobre a eletrônica molecular, incluindo como o dispositivo muda quando diferentes metais são usados.