Fios moleculares trançados apresentam alta condutância de molécula única

Dos fios de alta tensão que transportam eletricidade por longas distâncias, aos filamentos de tungstênio em nossas lâmpadas incandescentes, podemos ter nos acostumado a pensar que os condutores elétricos são sempre feitos de metal. Mas, por décadas, os cientistas têm trabalhado em materiais avançados baseados em cadeias de oligômeros à base de carbono que também podem conduzir eletricidade. Isso inclui os dispositivos orgânicos emissores de luz encontrados em alguns smartphones e computadores modernos.

Na mecânica quântica, elétrons não são apenas partículas pontuais com posições definidas, mas podem se tornar “deslocalizados” sobre uma região. Uma molécula com um longo trecho de ligações simples e duplas alternadas é dita ter pi-conjugação, e polímeros condutores operam permitindo que elétrons deslocalizados saltem entre regiões pi-conjugadas — algo como um sapo saltando entre poças próximas.

No entanto, a eficiência desse processo é limitada por diferenças nos níveis de energia de regiões adjacentes. A fabricação de oligômeros e polímeros com níveis de energia mais uniformes pode levar a uma maior condutividade elétrica, o que é necessário para o desenvolvimento de novos eletrônicos orgânicos práticos, ou mesmo fios de molécula única.

Agora, em um estudo publicado em O Jornal da Sociedade Química Americanapesquisadores do SANKEN (Instituto de Pesquisa Científica e Industrial) da Universidade de Osaka criaram vários fios moleculares em escala nanométrica com torções periódicas.

Comparados com tentativas anteriores que usavam uma cadeia longa que podia girar aleatoriamente, esses oligômeros consistiam em regiões fundidas rígidas separadas por torções uniformemente espaçadas. Os pesquisadores mostraram que suas amostras exibiram maior condutância em comparação com a encontrada em oligotiofenos não fundidos.

“Ao controlar cuidadosamente o tamanho dessas regiões conjugadas com pi, foi alcançada alta condutância de molécula única nesses oligômeros usando estruturas moleculares rígidas”, diz Ryo Asakawa, principal autor do estudo.

Os pesquisadores esperam que esse método possa ser aplicado para fabricar novos dispositivos eletrônicos orgânicos, que podem ser feitos de forma mais barata como finas películas químicas aplicadas a substratos flexíveis, em comparação com métodos convencionais baseados em silício, que geralmente exigem salas limpas especiais para serem produzidos usando litografia.

“Esperamos que essa pesquisa leve a melhores eletrônicos de molécula única e dispositivos de película fina orgânica”, diz o autor sênior Yutaka Ie. Fios moleculares individuais podem até ser usados ​​como sensores biocompatíveis dentro de células vivas.