p As descrições de Soliton para os polímeros condutores de poliacetileno - descrições baseadas em um tipo de onda solitária - causaram grande empolgação quando apareceram nos relatórios seminais de Su, Schrieffer, Heeger (SSH) e Kivelson há mais de 30 anos. Como alguns dos isolantes topológicos mais simples, essas moléculas agora estão atraindo um interesse renovado. Contudo, problemas de síntese de moléculas de poliacetileno simples limitaram esses estudos de solitons a extrapolações de características de solitons a partir de médias de um grande número de moléculas portadoras de solitons, o que é bastante indireto. Relatórios de síntese e caracterização de fios moleculares de poliacetileno simples em 2019 mudaram isso. Agora, cálculos de pesquisadores na Alemanha e nos EUA identificaram como os solitons nessas fitas moleculares individuais se comportam, apontando para um nível de controle de soliton - "solitônicos" - que poderia ser útil para dispositivos eletrônicos e sensores. p Os solitons ocorrem onde os efeitos não lineares e dispersivos se cancelam, de modo que um pacote de onda solitária torna-se auto-reforçado. Eles têm várias características de partícula na maneira como mantêm uma forma constante e emergem de colisões inalteradas. Em guias de ondas ópticas, a contribuição não linear é proporcional à intensidade, produzindo a auto-focalização da onda de modo que a onda passe através do espaço e do tempo inalterada. Contudo, o recurso de solitão de autopreservação também pode ser associado a uma mudança na ordem de ligação, como uma dobra ou parede de domínio. Solitons surgem nas descrições de fios moleculares de poliacetileno devido aos diferentes domínios que esses fios podem ter.

p As moléculas de poliacetileno se alternam entre ligações simples e duplas ao longo da cadeia, e a ordem desses tipos de títulos define diferentes domínios. O soliton é uma forma de descrever a parede do domínio entre as seções da cadeia que possuem ordenações diferentes. A parede do domínio pode se mover, mas sua forma permanece a mesma. Também é muito leve - cerca de seis vezes a massa do elétron - mas pode distorcer a rede e mover núcleos mais pesados ​​à medida que se espalha.

p Os pesquisadores liderados por Daniel Hernangómez-Pérez e Ferdinand Evers da Universidade de Regensburg, na Alemanha, em colaboração com pesquisadores da Columbia University nos EUA, aplicou cálculos da teoria funcional da densidade ao poliacetileno para ver como esses solitons se comportam em fios simples. "Uma de nossas principais motivações é entender que tipo de propriedades topológicas podem ser observadas no nível de uma única molécula em cenários realistas, "explica Hernangómez-Pérez.

p Eletrônica encontra solitônica

p Eles descobriram que era possível controlar a posição do sótão por meio das entidades químicas nas duas extremidades da cadeia molecular. O soliton pode ser carregado sem giro ou sem carga, mas com giro da metade. Para solitons carregados, os pesquisadores mostram que a aplicação de um campo elétrico pode manipular ainda mais a posição do soliton na cadeia molecular, que pode ser observada através de medições de polarização ou mudanças na condutância. A condutância muda exponencialmente quando o soliton se move em direção à borda, que, como sugere Hernangómez-Pérez, fornece uma sensibilidade que pode ser útil para detectar campos elétricos.

p Um resultado talvez inesperado ocorre quando o soliton atinge uma extremidade da cadeia e o campo aumenta ainda mais. Em vez de algum tipo de colapso dielétrico, um par de solitão-antisólito adicional se forma, liberando energia eletrostática.

p Potencial solitônico adicional

p Embora os pesquisadores já tenham mostrado que é possível sintetizar fios moleculares de poliacetileno únicos com comprimento suficiente para abrigar sólidos, outros desafios permanecem. Eles precisarão estabelecer uma maneira de garantir que o fio retenha o excesso de carga para uma solução carregada, bem como como anexar quimicamente os grupos terminais químicos corretos e sujeitar o soliton a campos elétricos no plano. Contudo, Hernangómez-Pérez não vê nenhuma dessas questões como intransponível. Por exemplo, o campo no plano pode ser fornecido por adátomos metálicos depositados com um microscópio de campo próximo de varredura.

p Quanto à sua própria linha de pesquisa futura, Hernangómez-Pérez enumera uma série de questões teóricas pendentes para resolver:"Existem várias possibilidades:(i) compreender o papel do substrato e possível incompatibilidade de rede entre o substrato e a cadeia de poliacetileno; (ii) investigar usando ferramentas teóricas como a densidade- acoplamento inter-cadeia da teoria funcional ou como a criação de solitons em uma cadeia pode afetar as cadeias vizinhas; (iii) investigar teoricamente a formação da parede de domínio em moléculas semelhantes à base de carbono. "

p Até aqui, os cálculos dos pesquisadores não se estendem ao comportamento de um soliton de poliacetileno de carga zero que carrega spin, mas eles esperam que seja possível manipular isso com um gradiente de campo magnético. "Em princípio, pode-se pensar em correntes de spin ao longo do fio da mesma forma que correntes elétricas, "sugere Hernangómez-Pérez." Mas é muito prematuro falar sobre qualquer impacto disso para a spintrônica. " p © 2020 Science X Network