A maquinaria em nanoescala tem muitos usos, incluindo entrega de medicamentos, tecnologia de transistor de átomo único ou armazenamento de memória. No entanto, o maquinário deve ser montado em nanoescala, o que é um desafio considerável para os pesquisadores.
Para engenheiros de nanotecnologia, o objetivo final é ser capaz de montar maquinário funcional peça por peça em nanoescala. No mundo macroscópico, podemos simplesmente pegar itens para montá-los. Não é mais impossível "agarrar" moléculas únicas, mas sua natureza quântica torna sua resposta à manipulação imprevisível, limitando a capacidade de montar moléculas uma a uma. Essa perspectiva está agora um passo mais próxima da realidade, graças a um esforço internacional liderado pelo Centro de Pesquisa Jülich da sociedade Helmholtz na Alemanha, incluindo pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Warwick.

No artigo, "O potencial de estabilização de uma molécula em pé", publicado hoje, 10 de novembro de 2021, na revista Science Advances , uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu revelar o mecanismo genérico de estabilização de uma única molécula em pé, que pode ser usada no projeto racional e na construção de dispositivos moleculares tridimensionais em superfícies.

O microscópio de varredura por sonda (SPM) trouxe a visão de fabricação em escala molecular mais próxima da realidade, pois oferece a capacidade de rearranjar átomos e moléculas em superfícies, permitindo assim a criação de estruturas metaestáveis ​​que não se formam espontaneamente. Usando SPM, o Dr. Christian Wagner e sua equipe foram capazes de interagir com uma única molécula em pé, dianidrido perileno-tetracarboxílico (PTCDA) em uma superfície para estudar a estabilidade térmica e a temperatura na qual a molécula deixaria de ser estável e cairia de volta em seu estado natural onde adsorve na superfície. Esta temperatura é de -259,15 Celsius, apenas 14 graus acima do ponto absoluto de temperatura zero.

Cálculos de química quântica realizados em colaboração com o Dr. Reinhard Maurer do Departamento de Química da Universidade de Warwick foram capazes de revelar que a estabilidade sutil da molécula decorre da competição de duas forças quânticas fortes contrárias, ou seja, a atração de longo alcance de a superfície e a força restauradora de curto alcance que surge do ponto de ancoragem entre a molécula e a superfície.

Dr. Reinhard Maurer, do Departamento de Química da Universidade de Warwick, comenta:"O equilíbrio das interações que impedem a queda da molécula é muito sutil e um verdadeiro desafio para nossos métodos de simulação química quântica. Além de nos ensinar sobre os fundamentos mecanismos que estabilizam essas nanoestruturas incomuns, o projeto também nos ajudou a avaliar e melhorar as capacidades de nossos métodos."

O Dr. Christian Wagner do Peter Grünberg Institute for Quantum Nanoscience (PGI-3) no Research Center Jülich comenta:"Para fazer uso tecnológico das fascinantes propriedades quânticas de moléculas individuais, precisamos encontrar o equilíbrio certo:elas devem ser imobilizadas em uma superfície, mas sem fixá-las com muita força, caso contrário elas perderiam essas propriedades. As moléculas em pé são ideais nesse aspecto. Para medir o quão estáveis ​​elas realmente são, tivemos que colocá-las em pé várias vezes com uma agulha de metal afiada e tempo quanto tempo eles sobreviveram em diferentes temperaturas."

Agora que as interações que dão origem a uma molécula estável em pé são conhecidas, pesquisas futuras podem trabalhar no sentido de projetar melhores moléculas e ligações de superfície da molécula para ajustar essas interações quânticas. Isso pode ajudar a aumentar a estabilidade e a temperatura na qual as moléculas podem ser trocadas em matrizes permanentes para condições de trabalho. Isso levanta a perspectiva de nanofabricação de máquinas em nanoescala. + Explorar mais

Visualizando estados quânticos de designer em currais quânticos de macrociclos estáveis ​​