p Uma equipe de cientistas do Tyndall National Institute da University College Cork e da National University of Singapore projetou e fabricou dispositivos ultrapequenos para eletrônicos com eficiência energética. Ao descobrir como as moléculas se comportam nesses dispositivos, um aumento de dez vezes na eficiência de comutação foi obtido mudando apenas um átomo de carbono. Esses dispositivos podem fornecer novas maneiras de combater o superaquecimento em telefones celulares e laptops, e também pode auxiliar na estimulação elétrica de reparo de tecidos para cicatrização de feridas. A criação revolucionária de dispositivos moleculares com propriedades elétricas altamente controláveis ​​aparecerá na edição de fevereiro da Nature Nanotechnology . Dr. Damien Thompson do Instituto Nacional Tyndall, A UCC e uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura liderada pelo Prof. Chris Nijhuis projetaram e criaram os dispositivos, que se baseiam em moléculas que atuam como válvulas elétricas, ou retificadores de diodo. p Dr. Thompson explica "Estas moléculas são muito úteis porque permitem que a corrente flua através delas quando ligadas e bloqueiam o fluxo da corrente quando desligadas. Os resultados do estudo mostram que simplesmente adicionar um carbono extra é suficiente para melhorar o desempenho do dispositivo em mais do que um fator de dez. Estamos acompanhando muitas novas ideias com base nesses resultados, e esperamos, em última análise, criar uma gama de novos componentes para dispositivos eletrônicos. "As simulações de computador do Dr. Thompson em nível de átomo mostraram como as moléculas com um número ímpar de átomos de carbono ficam mais retas do que as moléculas com um número par de átomos de carbono. Isso permite que elas o façam. compactar mais de perto. Conjuntos firmemente embalados dessas moléculas foram formados em superfícies de eletrodo de metal pelo grupo Nijhuis em Cingapura e foram considerados incrivelmente livres de defeitos. Esses dispositivos de alta qualidade podem suprimir correntes de fuga e, portanto, operar de forma eficiente e confiável. dispositivo pode ser ligado e desligado de forma limpa com base na carga e na forma das moléculas, assim como nas nanomáquinas biológicas que regulam a fotossíntese, divisão celular e crescimento do tecido.

p O líder do Tyndall Electronic Theory Group, Prof. Jim Greer, explica:"Dispositivos eletrônicos modernos, como telefones e tablets atualmente em fabricação, dependem de minúsculos interruptores de tamanhos moleculares. Isso oferece novos desafios para a eletrônica, mas abre oportunidades empolgantes para combinar propriedades moleculares a serem usadas Vantagem Um recurso fundamental para a eletrônica em nanoescala será a capacidade de usar moléculas como retificadores e interruptores. Ao demonstrar o projeto racional de moléculas que retificam a corrente com uma grande e altamente reproduzível relação liga / desliga, o estudo fornece um avanço importante para a criação de componentes ultrapequenos para dispositivos tecnologicamente viáveis. Cinquenta mil moléculas retificadoras enfiadas ponta a ponta caberiam no diâmetro de um fio de cabelo humano. Avanços na computação, síntese e caracterização significa que os cientistas podem agora compreender e controlar o material na escala de átomos e moléculas.

p O estudo foi financiado no lado irlandês por um prêmio Science Foundation Ireland Starting Investigator ao Dr. Thompson. As simulações de computador foram realizadas em clusters de computação apoiados pela Science Foundation Ireland em Tyndall e no Irish Centre for High End Computing. Os experimentos e simulações combinados mostram pela primeira vez que melhorias mínimas na orientação da molécula e no empacotamento desencadeiam mudanças nas forças de van der Waals que são suficientemente grandes para melhorar drasticamente o desempenho dos dispositivos eletrônicos. Dr. Thompson explica:"Essas forças de van der Waals são as mais fracas de todas as forças intermoleculares e só se tornam significativas quando somadas em grandes áreas. Portanto, até agora, a maioria das pesquisas em dispositivos ultrapequenos usou interações "pi-pi" mais fortes para unir as moléculas, e ignorou o muito mais fraco, mas onipresente, interações de van der Waals. O presente estudo mostra como os efeitos de van der Waals, que estão presentes em todos os dispositivos de escala molecular concebíveis, pode ser ajustado para otimizar o desempenho do dispositivo. "

p Os dispositivos são baseados em moléculas que atuam como diodos, permitindo que a corrente passe por eles quando operados em polarização direta e bloqueando a corrente quando a polarização é revertida. Retificadores moleculares foram propostos pela primeira vez em 1974, e os avanços na computação científica permitiram que o design em nível molecular fosse usado na última década para desenvolver novos materiais orgânicos que fornecem melhores respostas elétricas. Contudo, a importância relativa das interações entre as moléculas, a natureza do contato molécula-metal e a influência dos efeitos ambientais têm sido questionados. Esta nova pesquisa demonstra que melhorias dramáticas no desempenho do dispositivo podem ser alcançadas controlando as forças de van der Waals que empacotam as moléculas juntas. Simplesmente alterar o número de átomos de carbono em um fornece dispositivos significativamente mais estáveis ​​e reproduzíveis que exibem uma melhoria de ordem de magnitude na relação LIGA / DESLIGA. Os resultados da pesquisa demonstram a viabilidade de aumentar o desempenho do dispositivo, criando selos mais apertados entre as moléculas.

p "O desenvolvimento da eletrônica em escala molecular depende fortemente de simulação e computação de alto desempenho", comentou o Prof. Greer. "O apoio contínuo à infraestrutura de pesquisa na Irlanda permite os avanços científicos que levam a uma interação aprimorada com os líderes globais da indústria, e posiciona a Irlanda como um fornecedor chave de pesquisa com impacto. "