p Monocamadas orgânicas automontadas (SAMs) existem há mais de quarenta anos. A forma mais usada é baseada em tióis, ligado a uma superfície de metal. Contudo, embora os SAMs de tiol sejam muito versáteis, eles também são quimicamente instáveis. A exposição dessas monocamadas ao ar levará à oxidação e degradação em um único dia. Cientistas da Universidade de Groningen criaram agora SAMs usando fulerenos funcionalizados com 'caudas' de etilenoglicol. Essas moléculas produzem monocamadas automontadas que têm todas as propriedades dos tiol SAMs, mas permanecem quimicamente inalteradas por várias semanas quando expostas ao ar. Essa robustez os torna muito mais fáceis de usar em pesquisas e em dispositivos. Um artigo sobre esses novos SAMs foi publicado em Materiais da Natureza em 30 de janeiro. p Monocamadas automontadas são estruturas dinâmicas, explica o Professor Associado de Química e Dispositivos de Materiais Orgânicos da Universidade de Groningen, Ryan Chiechi:"Essas monocamadas se auto-reparam e as moléculas encontrarão continuamente o empacotamento mais eficiente. Além disso, todos os processos são reversíveis, e é possível alterar sua composição. "Isso distingue os SAMs de outras monocamadas usadas para funcionalizar superfícies." Muitas vezes, são muito estáveis, mas eles não se montam e não têm a dinâmica dos SAMs. "

p Tunelamento quântico

p SAMs baseados na ligação de tióis (grupos contendo enxofre) ao metal são amplamente estudados e usados. As aplicações dos SAMs vão desde o controle de umedecimento ou adesão a superfícies, criando resistência química na litografia, à produção de sensor ou nanofabricação. As monocamadas também podem ser usadas para produzir eletrônica molecular. Chiechi afirma, "A corrente elétrica passará por essa monocamada por tunelamento quântico. E pequenas modificações na camada molecular podem alterar as propriedades de tunelamento. Por meio dessa adaptação química, é possível criar novos tipos de eletrônicos. "

p Contudo, os SAMs baseados em tiol mais amplamente usados ​​são sensíveis à oxidação quando expostos ao ar. Sem proteção, eles não durarão um único dia. "Isso significa que você precisa de todos os tipos de equipamentos para manter o ar fora ao trabalhar com esses SAMs para eletrônica molecular, "explica Chiechi." Também torna difícil usá-los em um contexto biológico. "

p Buckyballs funcionalizados

p É aqui que entram os novos SAMs baseados em buckyball. Em um esforço conjunto, cientistas do Stratingh Institute for Chemistry e do Zernike Institute for Advanced Materials da Universidade de Groningen descobriram e caracterizaram as propriedades dos fulerenos funcionalizados com glicol-éter. Os fulerenos aderem a superfícies de metal ainda mais fortes do que os tióis. As caudas de glicol-éter são polares e em solventes orgânicos, isso induz a formação de uma bicamada. "Basta colocar o metal em uma solução dessas buckyballs funcionalizadas e a bicamada se formará por meio da automontagem, "diz Chiechi. Além disso, SAMs preparados desta forma são muito resistentes à oxidação:quando deixados expostos ao ar, eles permanecerão intactos por pelo menos 30 dias.

p "Our results strongly suggest that the tails of the molecules are intertwined. This results in a stable and very dynamic structure where molecules are free to move, which is typical for a SAM, " says Chiechi. The outer layer can be replaced by adding other functionalized groups. Chiechi and his colleagues added spiropyrans (molecules that will change shape when exposed to UV light) connected to a glycol-ether tail. By placing an electrode on the outer layer, tunneling through the SAM was measured. The scientists showed that changing the shape of the spiropyran moiety with light also changed the conductance by several orders of magnitude.

p Molecular electronics

p There are other alternatives for thiol-based SAMs but they all have limitations. "We believe that our SAMs have all the properties of thiol-based SAMs, with resistance to degradation by air as a large bonus, " concludes Chiechi. "Furthermore, we have shown that our system can be used to create molecular electronics." And it also appears to be a very useful platform for studying the behavior of SAMs. "You can do this on your lab bench without any need for protection." Chiechi thinks that his system might be useful for studying the behavior of bilayers, including the lipid bilayers that form cell membranes.

p The ability to change the composition of the SAMs opens up interesting applications in molecular electronics. Chiechi:"This might be used to create a topological computer architecture, for neuromorphic computing." Changes in the composition of the SAM could produce a memristor and possibly a system for stochastic computing, which uses the probabilities of 1s and 0s to represent numbers in a bitstream. "This could be represented by the fraction of one type of molecule in the SAM." Before this can become a reality, Contudo, more work will have to be done, por exemplo, to understand why the glycol-ether phase is such an efficient tunneling medium.