O padrão de mosaico 2-D conhecido como "mosaico quadrado semirregular" se destaca claramente nesta imagem, que combina microscopia de tunelamento de varredura com computação gráfica. O padrão, observada em uma arquitetura de superfície com apenas uma molécula de espessura, foi formado por automontagem de ligantes orgânicos lineares, imagens como hastes, e centros de cério de lantanídeo, visualizado como saliências brilhantes. A área mostrada mede menos de 25 nanômetros de diâmetro. Crédito:Barth Lab, copyright TUM
Os padrões de mosaico que fascinaram os matemáticos desde que Johannes Kepler elaborou sua sistemática 400 anos atrás - e que mais recentemente chamaram a atenção de artistas e cristalógrafos - agora podem ser vistos em laboratório. Eles primeiro tomaram forma em uma superfície mais perfeitamente bidimensional do que qualquer folha de papel, uma única camada de átomos e moléculas sobre um substrato atomicamente liso. Os físicos persuadiram essas chamadas peças Kepler "para a página" por meio da automontagem guiada de nanoestruturas.
Os experimentos foram realizados pelo pesquisador de pós-doutorado David Ecija, O doutorando Jose Ignacio Urgel e colegas do Departamento de Física da Technische Universitaet Muenchen (TUM), em colaboração com cientistas em Karlsruhe e Zurique. Eles relataram suas descobertas no Proceedings of the National Academy of Sciences .
Os resultados abrem uma nova linha de pesquisa
Moléculas orgânicas equipadas com grupos funcionais para expressar ligações distintas a átomos de metal foram depositadas em um substrato de prata liso sob condições de vácuo. Posteriormente, a camada orgânica nesta plataforma foi exposta a um fluxo atômico do lantanídeo de cério. A uma certa proporção de átomos de cério para moléculas, a automontagem produziu um padrão 2-D complexo simétrico descrito originalmente por Kepler e conhecido hoje como ladrilhos quadrados retos. Claramente identificável por meio de microscopia de tunelamento de varredura era um recorrente, elemento de conexão de cinco vértices com menos de um nanômetro de diâmetro, uma unidade de coordenação de ligante de cério.
O fato de o padrão de ladrilho quadrado recortado nunca ter sido fabricado e visto no nível molecular, explorando os protocolos de automontagem, era interessante por si só. Além disso, os físicos explicam, cada nova arquitetura de superfície pode potencialmente abrir o caminho para novas físicas e químicas, e até agora as estruturas de cinco vértices têm se mostrado elusivas. Em particular, o fato de o elemento lantanídeo cério ter desempenhado um papel tão importante marca este como o início de uma nova linha de pesquisa.
Esta é a primeira vez que os pesquisadores TUM - membros do Instituto de Nanociência Molecular e Física Química de Interfaces do Prof. Johannes Barth - coordenaram moléculas com um lantanídeo, e a primeira vez que alguém fez isso em 2-D. "E os lantanídeos são especiais, "David Ecija explica." Eles têm uma óptica muito intrigante, magnético, e propriedades químicas que podem ser interessantes para a nanociência, e possivelmente também para nanotecnologia. Agora temos um novo playground para pesquisas com os lantanídeos, e além."
