p A eletrônica molecular é um campo florescente de pesquisa que visa integrar moléculas individuais como elementos ativos em dispositivos eletrônicos. A obtenção de uma imagem completa das propriedades de transporte de carga em junções moleculares é o primeiro passo para realizar a funcionalidade em nanoescala. Pesquisadores da Delft University of Technology estudaram agora o transporte de carga em um novo sistema, a junção de ruptura mecânica de grafeno, que, pela primeira vez, permitiu a observação experimental direta dos efeitos da interferência quântica no grafeno de duas camadas em função de deslocamentos nanométricos. Esta nova plataforma pode ser potencialmente usada para impressões digitais eletrônicas de biomoléculas, do DNA às proteínas, o que, por sua vez, pode ter implicações importantes para o diagnóstico e tratamento de doenças. p Nanogaps separando dois eletrodos são considerados a base para a próxima geração de tecnologias de detecção. O objetivo é explorar o tunelamento quântico de elétrons como o princípio de detecção, em que a estrutura eletrônica da molécula alvo presa no nanogap é diretamente sondada. Grafeno, uma monocamada de átomos de carbono em uma rede hexagonal, combina muitos dos requisitos para um material de sensor elétrico:alta condutividade, magreza atômica, flexibilidade, inércia química no ar e líquido, e resistência mecânica, bem como sua compatibilidade com técnicas de padronização litográfica padrão.

p No Kavli Institute of Nanocience em Delft, um grupo de pesquisa está desenvolvendo junções de ruptura controladas mecanicamente à base de grafeno (MCBJs) robustas, que permitem a formação de uma lacuna de tunelamento de tamanho ajustável em escala sub-nanométrica, isto é, o tamanho pode ser adaptado ao tamanho da biomolécula a ser sondada.

p Cuidado com o vão

p O experimento MCBJ é conceitualmente muito simples. O dispositivo consiste em uma estrutura de gravata borboleta de grafeno apoiada em um substrato de metal flexível. O substrato é gradualmente dobrado, causando alongamento do grafeno. Esta ponte de grafeno eventualmente se quebra e uma lacuna nanoscópica é formada. Mais importante, a condutância da junção pode ser reversivelmente comutada em quase seis ordens de magnitude durante 1, 000 ciclos de abertura-fechamento; ou seja, atua como um interruptor elétrico que pode ser ligado e desligado mecanicamente. A impressionante estabilidade mecânica permite a coleta de dados estatisticamente significativos, capturar vários comportamentos das junções ao longo do tempo e em diferentes ambientes (por exemplo, diferentes orientações de moléculas, no ar, vácuo, líquido).

p Em colaboração com o grupo teórico liderado pelo Prof Jaime Ferrer da Universidade de Oviedo (Espanha), os pesquisadores também confirmaram a interferência das ondas de elétrons durante as medições no ar em temperatura ambiente. As descobertas são um passo importante para a física fundamental e para futuras aplicações do grafeno como uma chave eletromecânica ou plataforma de biossensor.

p Impressão digital eletrônica

p O grafeno MCBJ é um dispositivo único que é por um lado um sistema modelo para estudar o transporte quântico à temperatura ambiente, e, por outro lado, pode ser uma ferramenta de detecção poderosa para sondar biomoléculas com resolução muito alta. Os pesquisadores estão atualmente explorando o potencial desta plataforma para impressão digital eletrônica de biomoléculas, incluindo aminoácidos e peptídeos curtos:o objetivo é discriminar moléculas com ligeira diferença química de acordo com sua estrutura eletrônica, que pode ser 'lido' quando as moléculas estão presas no nanogap. Isso forneceria os primeiros passos para o biossensor "baseado em túnel" com grafeno, uma visão atraente nos Departamentos de Quantum e Bionanociência da TU Delft.

p A pesquisa foi parcialmente financiada pelo Graphene Flagship.