Os cientistas estão enfrentando uma série de barreiras enquanto tentam desenvolver circuitos microscópicos em tamanho, incluindo como controlar de forma confiável a corrente que flui através de um circuito que tem a largura de uma única molécula.

Alexander Shestopalov, professor assistente de engenharia química na Universidade de Rochester, fez exatamente isso, assim, levando-nos um passo mais perto dos circuitos em nanoescala.

"Até agora, os cientistas não conseguiram direcionar de forma confiável uma carga de uma molécula para outra, "disse Shestopalov." Mas isso é exatamente o que precisamos fazer quando trabalhamos com circuitos eletrônicos que são uma ou duas moléculas finas. "

Shestopalov trabalhou com um OLED (diodo orgânico emissor de luz) alimentado por um microscópio pequeno, circuito simples no qual ele conectou uma folha fina de uma molécula de material orgânico entre os eletrodos positivos e negativos. Publicações de pesquisas recentes mostraram que é difícil controlar a corrente que viaja através do circuito de um eletrodo para o outro em um circuito tão fino. Como Shestopalov explica em um artigo publicado na revista Interfaces de materiais avançados , a chave era adicionar um segundo, camada inerte de moléculas.

A camada inerte - ou não reativa - é feita de uma cadeia linear de moléculas orgânicas. No topo, uma camada de moléculas aromáticas - ou em forma de anel - age como um fio conduzindo a carga eletrônica. A camada inerte, na verdade, age como o invólucro de plástico dos fios elétricos, isolando e separando os fios energizados do ambiente circundante. Uma vez que a camada inferior não é capaz de reagir com a camada sobreposta, as propriedades eletrônicas do componente são determinadas exclusivamente na camada superior.

O arranjo de duas camadas também deu a Shestopalov a capacidade de ajustar o controle da transferência de carga. Alterando os grupos funcionais - unidades de átomos que substituem o hidrogênio nas moléculas e determinam a reatividade química característica de uma molécula - ele poderia afetar mais precisamente a taxa na qual a corrente se movia entre os eletrodos e a camada superior das moléculas orgânicas.

Em dispositivos eletrônicos moleculares, alguns grupos funcionais aceleram a transferência de carga, enquanto outros diminuem a velocidade. Ao incorporar a camada inerte de moléculas, Shestopalov foi capaz de reduzir qualquer interferência com a camada superior e, como resultado, alcançar a transferência de carga precisa necessária em um dispositivo, alterando o grupo funcional.

Por exemplo, um OLED pode precisar de uma transferência de carga mais rápida para manter uma luminescência específica, enquanto um dispositivo de injeção biomédica pode exigir uma taxa mais lenta para procedimentos delicados ou variáveis.

Enquanto Shestopalov superou um obstáculo significativo, Resta muito trabalho a ser feito antes que os dispositivos eletrônicos moleculares de duas camadas se tornem práticos. O próximo obstáculo é a durabilidade.

"O sistema que desenvolvemos degrada rapidamente em altas temperaturas, "disse Shestopalov." O que precisamos são de dispositivos que durem anos, e isso levará tempo para ser realizado.