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Cientistas da Radboud University desenvolveram moléculas sintéticas que se assemelham a moléculas orgânicas reais. Uma colaboração de pesquisadores, liderada por Alex Khajetoorians e Daniel Wegner, agora pode simular o comportamento de moléculas reais usando moléculas artificiais. Dessa forma, eles podem ajustar as propriedades das moléculas de maneiras que normalmente são difíceis ou irrealistas, e podem entender muito melhor como as moléculas mudam.
Emil Sierda, encarregado de conduzir os experimentos na Radboud University: ‘Alguns anos atrás, tivemos a ideia maluca de construir um simulador quântico. Queríamos criar moléculas artificiais que se assemelhassem a moléculas reais. Então desenvolvemos um sistema no qual podemos capturar elétrons. Os elétrons cercam uma molécula como uma nuvem, e usamos esses elétrons aprisionados para construir uma molécula artificial. Os resultados que a equipe encontrou foram surpreendentes. Sierda: ‘A semelhança entre o que construímos e as moléculas reais era incrível.’
Moléculas em mudança
Alex Khajetoorians, chefe do departamento de Scanning Probe Microscopy (SPM) do Institute for Molecules and Materials da Radboud University: ‘Fazer moléculas já é bastante difícil. O que muitas vezes é mais difícil é entender como certas moléculas reagem, por exemplo, como elas mudam quando são torcidas ou alteradas.’ Como as moléculas mudam e reagem é a base da química e leva a reações químicas, como a formação de água a partir de hidrogênio e oxigênio. ‘Queríamos simular moléculas, para que pudéssemos ter o kit de ferramentas definitivo para dobrá-las e ajustá-las de maneiras quase impossíveis com moléculas reais. Dessa forma, podemos dizer algo sobre moléculas reais, sem criá-las ou sem ter que lidar com os desafios que elas apresentam, como sua forma em constante mudança.’
Benzeno
Usando esse simulador, os pesquisadores criaram uma versão artificial de uma das moléculas orgânicas básicas da química: o benzeno. O benzeno é o componente inicial de uma grande quantidade de produtos químicos, como o estireno, que é usado para fazer poliestireno. Khajetoorians: ‘Ao produzir benzeno, simulamos uma molécula orgânica de livro didático e construímos uma molécula composta de elementos que não são orgânicos.’ Acima disso: as moléculas são 10 vezes maiores que suas contrapartes reais, o que as torna mais fáceis de trabalhar.
Usos práticos
Os usos desta nova técnica são infinitos. Daniel Wegner, professor assistente do departamento SPM: ‘Apenas começamos a imaginar para que podemos usar isso. Temos tantas ideias que é difícil decidir por onde começar.’ Ao usar o simulador, os cientistas podem entender muito melhor as moléculas e suas reações, o que ajudará em todos os campos científicos imagináveis. Wegner: ‘Novos materiais para o futuro hardware de computador são realmente difíceis de fazer, por exemplo. Ao fazer uma versão simulada, podemos procurar novas propriedades e funcionalidades de certas moléculas e avaliar se valerá a pena fazer o material real”. Em um futuro distante, todo tipo de coisa pode ser possível: entender reações químicas passo a passo como em um vídeo em câmera lenta, ou fazer dispositivos eletrônicos artificiais de uma única molécula, como diminuir o tamanho de um transistor em um chip de computador. Os simuladores quânticos são até sugeridos para funcionar como computadores quânticos. Sierda: “Mas é um longo caminho a percorrer, pois agora podemos começar a entender as moléculas de uma forma que nunca entendemos antes.”
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