p À medida que continuamos a reduzir os componentes eletrônicos, métodos de fabricação de cima para baixo começam a se aproximar de um limite físico em nanoescala. Em vez de continuar a reduzir esse limite, uma solução de interesse envolve o uso da automontagem ascendente de blocos de construção moleculares para construir dispositivos em nanoescala. p A auto-montagem bem-sucedida é uma dança elaboradamente coreografada, em que as forças atrativas e repulsivas dentro das moléculas, entre cada molécula e suas vizinhas, e entre as moléculas e a superfície que as suporta, todos devem ser levados em consideração. Para entender melhor o processo de automontagem, pesquisadores da Universidade Técnica de Munique caracterizaram as contribuições de todos os componentes de interação, tais como ligações covalentes e interações de van der Waals entre moléculas e entre moléculas e uma superfície.

p "Em um caso ideal, o menor dispositivo possível tem o tamanho de um único átomo ou molécula, "disse Katharina Diller, que trabalhou como pesquisador de pós-doutorado no grupo de Karsten Reuter na Universidade Técnica de Munique. Reuter e seus colegas apresentam seu trabalho esta semana em The Journal of Chemical Physics .

p Um exemplo é um switch de porfirina única, que ocupa uma área de superfície de apenas um nanômetro quadrado. A molécula porfina, qual foi o objeto deste estudo, é ainda menor do que isso. As porfirinas são um grupo de compostos químicos em anel que incluem, notadamente, o heme - responsável pelo transporte de oxigênio e dióxido de carbono na corrente sanguínea - e a clorofila. Em aplicações derivadas sinteticamente, porfirinas são estudadas para seus usos potenciais como sensores, tintas sensíveis à luz em células solares orgânicas, e ímãs moleculares.

p Os pesquisadores da TU Munich avaliaram as interações da molécula de porfirina 2H-porfina usando a teoria do funcional de densidade, um método de modelagem computacional mecânica quântica usado para descrever as propriedades eletrônicas de moléculas e materiais. Suas simulações foram realizadas no supercomputador de alto desempenho SuperMUC em Leibniz-Rechenzentrum em Garching.

p Os substratos metálicos que os pesquisadores escolheram para as moléculas de porfirina se reunirem, as superfícies de cristal único compactadas de cobre e prata, são amplamente utilizados como substratos em ciências de superfície. Isso se deve à natureza densamente compactada das superfícies, que permitem que as moléculas exibam um ambiente de adsorção suave. Adicionalmente, cobre e prata reagem de maneira diferente com as poririnas - a molécula se adsorve mais fortemente no cobre, enquanto a prata faz um trabalho melhor em manter a estrutura eletrônica da molécula intacta - permitindo aos pesquisadores monitorar uma variedade de efeitos concorrentes para aplicações futuras.

p Em sua simulação, moléculas de porfirina foram colocadas em uma placa de cobre ou prata, que foi repetido periodicamente para simular uma superfície estendida. Depois de encontrar a geometria ideal em que as moléculas seriam adsorvidas na superfície, os pesquisadores alteraram o tamanho da placa de metal para aumentar ou diminuir a distância entre as moléculas, simulando assim diferentes coberturas moleculares. A configuração computacional deu a eles uma chave para ligar e desligar as contribuições de energia das moléculas vizinhas, a fim de observar a interação das interações individuais.

p Diller e Reuter, junto com os colegas Reinhard Maurer e Moritz Müller, quem é o primeiro autor do artigo, descobriram que as fracas interações de van der Waals de longo alcance produziram a maior contribuição para a interação molécula-superfície, e mostrou que os métodos frequentemente empregados para quantificar as cargas eletrônicas no sistema devem ser usados ​​com cautela. Surpreendentemente, enquanto as interações diretamente entre as moléculas são desprezíveis, o pesquisador encontrou indicações para interações molécula-molécula mediadas por superfície em coberturas moleculares superiores.

p “A análise da estrutura eletrônica e dos componentes de interação individuais nos permite entender melhor a automontagem de porfina adsorvida em cobre e prata, e, adicionalmente, permite previsões para análogos de porfirina mais complexos, "Disse Diller." Essas conclusões, Contudo, vêm sem ainda considerar os efeitos do movimento atômico em temperatura finita, que não estudamos neste trabalho. "