p Os hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs) formam uma importante classe de moléculas, que podem ser consideradas como pequenas espécies de grafeno e que desempenham um papel proeminente no desenvolvimento da eletrônica orgânica. Cientistas da Radboud University, a Universidade de Amsterdã e a FOM agora mostram que as estruturas de borda dessas moléculas aparentemente semelhantes são responsáveis ​​por diferenças espetaculares nas propriedades de transporte, permitindo um design mais inteligente de novos materiais. Nature Communications publica os resultados em 31 de agosto. p Os PAHs são compostos de anéis de carbono hexagonais conectados. Eles são úteis para produzir materiais para novos supercondutores em escala molecular, mas também são de interesse astrofísico, pois acredita-se que uma fração substancial do carbono interestelar esteja encerrada nessas moléculas muito estáveis. Para todos esses aplicativos, uma compreensão fundamental da distribuição de elétrons e sua relação com as características topológicas dos PAHs é importante. A maneira exata em que os anéis de carbono estão ligados - a topologia da molécula - parecia desempenhar um papel importante aqui, mas não estava claro como. Com experimentos espectroscópicos avançados no Laboratório FELIX, o físico Héctor Alvaro Galué juntamente com cientistas da Radboud University e da University of Amsterdam, mostrou que a topologia determina como a distribuição de elétrons está ligada à dinâmica vibracional do esqueleto de carbono.

p Estruturas em zigue-zague e poltrona

p Com o laser de elétrons livres FELIX na Radboud University, Alvaro Galué determinou os espectros vibracionais de dois íons PAH carregados positivamente que consistem em cinco hexágonos conectados. O pentaceno tem uma estrutura de borda em zigue-zague (Figura 1, direita e Figura 2, topo), enquanto a estrutura da borda de picene é comumente referida como poltrona (Figura 1, esquerda e Figura 2, fundo). Inesperadamente, uma comparação dos espectros de IV dos dois íons PAH revelou grandes diferenças de intensidade para as vibrações dos dois PAHs.

p A (entre os físicos moleculares) bem conhecida aproximação de Born-Oppenheimer constitui uma separação estrita entre o movimento eletrônico e o nuclear. Contudo, as diferenças descritas nos espectros vibracionais de pentaceno e piceno mostram o contrário. Durante a primeira parte de uma vibração, um lado da molécula tem uma densidade de elétrons mais alta do que a outra metade. Durante a segunda parte da vibração, a situação se inverte:a densidade do elétron muda para aquele lado. A situação é comparável a um recipiente que inclina periodicamente cheio de água, fazendo a água espirrar de um lado para o outro. O 'sloshing' da densidade do elétron - o fluxo do elétron - aumenta a absorção da luz infravermelha na frequência específica dos átomos de carbono em vibração.

p Fluxo de elétrons

p A publicação atual mostra que o espalhamento da densidade de elétrons em picene é aprimorado, enquanto que em grande parte se cancela no pentaceno. Os cálculos sugerem que este não é apenas o caso de piceno e pentaceno, mas que é uma propriedade intrínseca dos PAHs com estruturas de borda em zigue-zague e poltrona. Isso fornece informações valiosas sobre as propriedades eletrônicas dessas duas classes de topologias de PAH (e grafeno).