(Phys.org) - Cientistas da Rice University descobriram que podem controlar as ligações entre os átomos em uma molécula.

A molécula em questão é o carbono-60, também conhecido como buckminsterfullerene e buckyball, descoberto em Rice em 1985. Os cientistas liderados pelos físicos de Rice Yajing Li e Douglas Natelson descobriram que é possível suavizar as ligações entre os átomos aplicando uma voltagem e executando uma corrente elétrica através de um único fulereno.

Os pesquisadores detalharam sua descoberta esta semana no online Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Isso não significa que seremos capazes de ajustar arbitrariamente a resistência dos materiais ou qualquer coisa assim, "Natelson disse." Este é um caso muito específico, e mesmo aqui foi uma surpresa ver isso acontecendo.

"Mas em geral, se pudermos manipular a distribuição de carga nas moléculas, podemos afetar suas vibrações. Podemos começar a pensar, no futuro, sobre controlar as coisas de uma maneira melhor. "

O efeito aparece quando um fulereno se fixa a uma superfície de ouro na nano antena óptica usada para medir os efeitos de uma corrente elétrica em ligações intermoleculares por meio de uma técnica chamada espectroscopia Raman.

O grupo de Natelson construiu a nano antena há alguns anos para capturar um pequeno número de moléculas em uma lacuna em nanoescala entre eletrodos de ouro. Uma vez que as moléculas estão no lugar, os pesquisadores podem esfriá-los, aquecê-los, explodi-los com energia de um laser ou corrente elétrica e medir o efeito por meio de espectroscopia, que reúne informações das frequências de luz emitida pelo objeto de interesse.

Com o refinamento contínuo, os pesquisadores descobriram que podiam analisar as vibrações moleculares e as ligações entre os átomos da molécula. Essa habilidade levou a este experimento, Natelson disse.

Natelson comparou as frequências vibracionais características exibidas pelas amarras com a forma como a corda de uma guitarra vibra em uma frequência específica com base em quão firmemente está enrolada. Afrouxe a corda e a vibração diminui e o tom cai.

A nano antena é capaz de detectar o "tom" de vibrações desafinadas entre os átomos por meio de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS), uma técnica que melhora as leituras das moléculas quando elas estão ligadas a uma superfície de metal. Isolar um fulereno na lacuna entre os eletrodos de ouro permite que os pesquisadores rastreiem as vibrações através da resposta óptica vista via SERS.

Quando uma buckyball se fixa a uma superfície dourada, suas ligações internas sofrem uma mudança sutil à medida que os elétrons na junção se reorganizam para encontrar seus estados energéticos mais baixos. O experimento de Rice descobriu que as vibrações em todas as ligações caíram levemente em frequência para compensar.

"Pense nessas moléculas como bolas e molas, "Natelson disse." Os átomos são as bolas e os laços que os mantêm juntos são as molas. Se eu tenho uma coleção de bolas e molas e bato nela, mostraria certos modos vibracionais.

"Quando empurramos a corrente através da molécula, vemos essas vibrações ligar e começar a tremer, "Natelson disse." Mas nós encontramos, surpreendentemente, que as vibrações nos fulerenos ficam mais suaves, e por uma quantidade significativa. É como se as molas ficassem mais frouxas em altas tensões neste sistema em particular. "O efeito é reversível; desligue o suco e a buckyball volta ao normal, ele disse.

Os pesquisadores usaram uma combinação de experimentação e cálculos teóricos sofisticados para refutar a suspeita inicial de que o conhecido efeito vibracional Stark foi o responsável pela mudança. O efeito Stark é visto quando as respostas espectrais das moléculas mudam sob a influência de um campo elétrico. A Fundição Molecular, um Departamento de Instalações do Usuário de Energia no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, colaborou na componente de cálculos.

O grupo de Natelson tinha observado efeitos semelhantes nas moléculas de oligofenileno vinileno usadas em experimentos anteriores, também levando os experimentos com fulerenos. "Alguns anos atrás, vimos indícios de energias vibracionais se movendo, mas nada tão limpo ou sistemático. Parece que o C-60 é especial em termos de onde se posiciona energeticamente, " ele disse.

A descoberta de fulerenos, que ganhou um Prêmio Nobel para dois professores de Rice, deu o pontapé inicial na revolução da nanotecnologia. "Eles foram estudados muito bem e são quimicamente estáveis, "Natelson disse sobre as moléculas em forma de bola de futebol." Nós sabemos como colocá-las em superfícies, o que você pode fazer com eles e mantê-los intactos. Tudo isso é bem compreendido. "Ele observou que outros pesquisadores estão observando efeitos semelhantes por meio da manipulação molecular do grafeno, a forma de camada atômica única de carbono.

"Não quero fazer uma grande afirmação de que temos um método geral para ajustar a ligação molecular em tudo, "Natelson disse." Mas se você quiser que a química aconteça em um lugar, talvez você queira tornar esse vínculo muito fraco, ou pelo menos torná-lo mais fraco do que era.

"Há um objetivo há muito procurado por alguns na comunidade química de obter controle preciso sobre onde e quando os vínculos se rompem. Eles gostariam de direcionar especificamente certos vínculos, certifique-se de que certos laços fiquem animados, certifique-se de que alguns quebrem. Estamos oferecendo maneiras de pensar sobre isso. "