p Uma equipe internacional liderada por pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory e da Universidade de Stanford juntou duas moléculas de carbono inéditas - diamondoides, as gaiolas quadradas à esquerda, e fulerenos, as formas de bola de futebol à direita - para criar "buckydiamondoids, "centro. Estas moléculas híbridas funcionam como retificadores, conduzindo elétrons em apenas uma direção, e pode ajudar a pavimentar o caminho para dispositivos eletrônicos moleculares. Crédito:Manoharan Lab / Stanford University
p Os cientistas se casaram com duas formas não convencionais de carbono - uma com o formato de uma bola de futebol, o outro, um minúsculo diamante - para fazer uma molécula que conduz eletricidade em apenas uma direção. Este minúsculo componente eletrônico, conhecido como retificador, poderia desempenhar um papel fundamental no encolhimento dos componentes do chip até o tamanho de moléculas para permitir mais rapidez, dispositivos mais poderosos. p "Queríamos ver o que há de novo, propriedades emergentes podem surgir quando você coloca esses dois ingredientes juntos para criar um 'buckydiamondoid, '"disse Hari Manoharan do Instituto de Stanford para Materiais e Ciências da Energia (SIMES) do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia." O que obtivemos foi basicamente uma válvula unidirecional para conduzir eletricidade - claramente mais do que a soma de seus partes. "
p A equipe de pesquisa, que incluiu cientistas da Universidade de Stanford, Bélgica, Alemanha e Ucrânia, relatou seus resultados em 9 de setembro, 2014 em
Nature Communications .
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Dois personagens originais do Carbono se encontram
p Muitos circuitos eletrônicos têm três componentes básicos:um material que conduz elétrons; retificadores, que comumente assumem a forma de diodos, direcionar esse fluxo em uma única direção; e transistores para ligar e desligar o fluxo. Os cientistas combinaram dois ingredientes incomuns - fulerenos e diamantóides - para criar o novo componente semelhante a um diodo.
p Buckyballs - abreviação de buckminsterfullerenes - são esferas ocas de carbono cuja descoberta de 1985 rendeu a três cientistas o Prêmio Nobel de Química. Os diamantóides são minúsculas gaiolas de carbono unidas como nos diamantes, mas pesando menos de um bilionésimo de um bilionésimo de um quilate. Ambos são objetos de muitas pesquisas destinadas a compreender suas propriedades e encontrar maneiras de usá-las.
p Em 2007, uma equipe liderada por pesquisadores do SLAC e Stanford descobriu que uma única camada de diamondoides em uma superfície de metal pode emitir um feixe de elétrons com eficiência. Manoharan e seus colegas se perguntaram:o que aconteceria se eles juntassem um diamondoide emissor de elétrons com outra molécula que gosta de pegar elétrons? Buckyballs são exatamente esse tipo de molécula que pega elétrons.
p Uma imagem feita com um microscópio de tunelamento de varredura mostra moléculas híbridas de buckydiamondoid em uma superfície de ouro. A extremidade da buckyball de cada molécula está ligada à superfície, com a extremidade diamondoide saliente; ambos são claramente visíveis. A área mostrada aqui tem 5 nanômetros de lado. Crédito:H. Manoharan et al., Nature Communications
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Uma válvula muito pequena para canalizar o fluxo de elétrons
p Para este estudo, diamondoides foram produzidos no laboratório SLAC dos pesquisadores do SIMES Jeremy Dahl e Robert Carlson, que são especialistas mundiais em extrair os minúsculos diamantes do petróleo. Eles foram então enviados para a Alemanha, onde químicos da Universidade Justus-Liebig descobriram como prendê-los a fulerenos.
p Os buckydiamondoids resultantes, que têm apenas alguns nanômetros de comprimento, foram testados em laboratórios SIMES em Stanford. Uma equipe liderada pelo estudante Jason Randel e o pesquisador de pós-doutorado Francis Niestemski usou um microscópio de tunelamento para fazer imagens das moléculas híbridas e medir seu comportamento eletrônico. Eles descobriram que o híbrido é um excelente retificador:a corrente elétrica que flui através da molécula era até 50 vezes mais forte em uma direção, de diamondoide cuspidor de elétrons a buckyball coletor de elétrons, do que na direção oposta. Isso é algo que nenhum componente pode fazer por conta própria.
p Esta é uma ilustração de uma molécula de buckydiamondoid sob um microscópio de tunelamento de varredura (STM). A ponta metálica afiada do STM termina em um único átomo; enquanto verifica uma amostra, túnel de elétrons da ponta para a amostra. Neste estudo, o STM fez imagens dos buckydiamondoids e sondou suas propriedades eletrônicas. Crédito:SLAC National Accelerator Laboratory
p Embora este não seja o primeiro retificador molecular já inventado, é o primeiro feito apenas de carbono e hidrogênio, uma simplicidade que os pesquisadores acham atraente, disse Manoharan, que é professor associado de física em Stanford. O próximo passo, ele disse, é ver se os transistores podem ser construídos com os mesmos ingredientes básicos.
p "Os fulerenos são fáceis de fazer - podem ser isolados da fuligem - e o tipo de diamantóide que usamos aqui, que consiste em duas pequenas gaiolas, pode ser comprado comercialmente, "disse ele." E agora que nossos colegas na Alemanha descobriram como uni-los, outros podem seguir a receita. Portanto, embora nossa pesquisa tenha como objetivo obter insights fundamentais sobre uma nova molécula híbrida, pode levar a avanços que ajudem a tornar a eletrônica molecular uma realidade. "
