p (Phys.org) —A eletrônica do futuro poderia usar moléculas para fazer sua aritmética. As minúsculas partículas poderiam então assumir as tarefas que atualmente são feitas por transistores de silício, por exemplo. Pesquisadores do Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck em Berlim usaram um nanofio que poderia conduzir corrente entre transistores moleculares ou diferentes componentes. A minúscula faixa condutora consiste em uma estreita faixa de grafeno, isso é uma tira de uma única camada de carbono. O próximo passo foi usar um microscópio de tunelamento de varredura para realizar medições complicadas para determinar como a condutância da tira de carbono depende de seu comprimento e da energia dos elétrons. Assim, eles aprenderam mais sobre como a carga na forma de elétrons é transportada através do nanofio e como as trilhas condutoras podem ser melhoradas para aplicações potenciais em nanoeletrônica. p Um fio dificilmente pode ser mais fino. Mas as dimensões recordes dos fios de grafeno não oferecem apenas novas oportunidades, eles também confrontam os físicos com desafios. Leonhard Grill e seus colegas do Berlin Fritz Haber Institute da Max Planck Society agora assumiram esses desafios. Eles começaram produzindo uma estreita fita de grafeno, seu design baseado em seu próprio trabalho e de terceiros. Em primeiro lugar, eles vaporizaram fragmentos moleculares de tiras de grafeno em uma superfície. As moléculas foram fornecidas com ligações químicas para que inicialmente se combinassem em uma longa cadeia e, finalmente, formassem uma superfície plana, fita rígida.

p Um toque delicado é necessário para medir a condutância dos nanofios

p Então, os pesquisadores do grupo de Leonhard Grill começaram seu projeto real:eles mediram a condutância de um nanofio individual em função de seu comprimento. "Isso nos permite descobrir como funciona o transporte de carga no nanofio de grafeno, "explica Leonhard Grill. Esta abordagem permite principalmente aos pesquisadores descobrir se seu nanofio é um condutor perfeito cuja condutância não varia com o comprimento, como seria o caso de um nanofio de metal. Os pesquisadores obtiveram suas descobertas em um experimento complicado:eles determinaram o fluxo de corrente através de uma fita de grafeno individual, que conectou a ponta de um microscópio de tunelamento com uma superfície de ouro, em tensões diferentes, que são energias de elétrons, e em distâncias diferentes.

p Isso significava que inicialmente eles tiveram que levantar o nanofio da superfície. É como levantar um pedaço de papel com o dedo molhado, exceto que levantar o nanofio requer um toque infinitamente mais delicado. "O fio cai facilmente de novo, particularmente em tensões mais altas entre a ponta e a superfície de ouro, "explica Matthias Koch, que conduziu os experimentos como parte de seu trabalho de doutorado. "Embora agora tenhamos alguns truques para segurar as fitas de grafeno com a ponta, ainda precisamos de muitas tentativas. "

p A borda da tira de grafeno afeta o transporte de carga

p As medições mostraram que a corrente através do fio de grafeno não fluía com resistência relativamente baixa, como acontece com um fio de cobre. Pelo contrário, os elétrons fluíram através do fio por meio de um processo de mecânica quântica:eles fizeram um túnel através dele. Apenas partículas quânticas podem criar um túnel, e sempre o fazem quando uma barreira que eles não puderam superar de acordo com as leis da física clássica oferece resistência. No entanto, as partículas passam pela barreira apenas por causa de suas propriedades quânticas. Quanto maior a distância que os elétrons têm que superar, quanto menos chegam ao outro lado. "A condutância em um nanofio, portanto, depende muito de seu comprimento, "diz Matthias Koch. Além disso, significativamente menos corrente flui globalmente no processo de tunelamento do que no transporte de carga em um condutor convencional.

p Os cientistas também mostraram pela primeira vez como o transporte de carga depende da energia do elétron. Se eles selecionarem a energia do elétron para que corresponda à energia dos orbitais moleculares, o transporte de carga melhora imediatamente. Orbitais são os espaços nos átomos e moléculas cujos elétrons, cada um tendo uma energia precisamente definida, ocupar. "Orbitais moleculares servem como canais que se estendem por toda a molécula e permitem o transporte de carga eficiente, "diz Leonhard Grill." Se estivermos fora desses canais, energeticamente falando, então o transporte de carga é drasticamente restrito. "Esse comportamento é suspeito há algum tempo, mas os pesquisadores de Berlim agora o demonstraram em uma molécula individual pela primeira vez.

p As fitas de grafeno são, portanto, objetos de pesquisa interessantes para os físicos, mas eles ainda não são muito adequados para aplicações em nanoeletrônica. No entanto, outra descoberta de seus experimentos aponta os pesquisadores de Berlim na direção de um nanofio perfeito:a natureza do transporte de elétrons depende de como a borda da tira é formada. Os cientistas diferenciam entre uma estrutura em zigue-zague e uma poltrona. Com a estrutura da poltrona, os átomos de carbono são dispostos de forma que sua silhueta se assemelha a uma fileira de assentos e apoios de braços, enquanto com o padrão em ziguezague eles seguem um simples subir e descer.

p A condutância muda se o fio for dobrado

p Para que tal nanofio realmente exiba condutância perfeita - independentemente do comprimento molecular - os cientistas do Instituto Fritz Haber também devem mudar seus experimentos. Quando a ponta do microscópio de tunelamento de varredura levanta a fita de grafeno da superfície dourada, a tira se curva ligeiramente. Isso muda suas características eletrônicas, assim como a água flui através de um leito de rio reto desobstruído, ainda experimenta forte turbulência em curvas estreitas. "Vimos indicações de que podemos observar excelente condutância em uma fita de grafeno que não é dobrada, "diz Leonhard Grill.

p Os físicos, portanto, agora querem projetar experimentos que permitam medições de condutância com nanofios retos. A simples medição de uma fita de grafeno em uma superfície nivelada não produzirá instantaneamente o resultado desejado. "Em uma configuração experimental como esta, a condutância da tira de carbono é influenciada pela superfície em que está colocada, "explica Leonhard Grill. Portanto, seu grupo está procurando maneiras de evitar essas interações. Além disso, os cientistas de Berlim querem investigar fios moleculares com diferentes estruturas e composições - sempre com o objetivo de fazer com que as moléculas façam a aritmética, como Leonhard Grill explica:"O objetivo do nosso trabalho é obter uma visão fundamental dos processos físicos em tais sistemas para, eventualmente, não apenas encontrar o nanofio perfeito, mas também projetar outros componentes eletrônicos a partir de moléculas individuais. "