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ASU Scientist Demonstra Controle condutância elétrica de moléculas individuais

Published on February 21, 2011 at 4:15 AM

Na pesquisa que aparece na edição de hoje da revista Nature Nanotechnology, Nongjian "NJ" Tao, um pesquisador do Instituto de Biodesign na Arizona State University, tem demonstrado uma maneira inteligente de controlar condutância elétrica de uma única molécula, explorando as propriedades mecânicas da molécula.

Tal controle pode, eventualmente, desempenhar um papel no desenho de ultra-minúsculos dispositivos elétricos, criado para realizar inúmeras tarefas úteis, a partir de sensores biológicos e químicos para melhorar as telecomunicações e memória do computador.

Quando os dispositivos elétricos são reduzidos a uma escala molecular, ambas as propriedades elétricas e mecânicas de uma determinada molécula tornou-se crítica. Propriedades específicas podem ser exploradas, dependendo das necessidades da aplicação. Aqui, uma única molécula está anexado em cada extremidade a um par de eletrodos de ouro, formando um circuito elétrico, cuja corrente pode ser medida.

Tao lidera uma equipa de investigação acostumado a lidar com os desafios inerentes a criação de dispositivos elétricos deste tamanho, onde os efeitos peculiares do mundo quântico, muitas vezes dominam o comportamento do dispositivo. Tao explica como, uma dessas questões é definir e controlar a condutância elétrica de uma única molécula, ligado a um par de eletrodos de ouro.

"Algumas moléculas têm propriedades incomuns eletromecânicos, que são diferentes de silício baseados em materiais. A molécula também pode reconhecer outras moléculas através de interações específicas." Estas propriedades únicas podem oferecer flexibilidade funcional tremendo para designers de dispositivos em nanoescala.

Na pesquisa atual, Tao examina as propriedades eletromecânicas de moléculas individuais imprensado entre a realização de eletrodos. Quando uma voltagem é aplicada, um fluxo de corrente resultante pode ser medido. Um tipo particular de molécula, conhecida como pentaphenylene, foi utilizado e sua condutância elétrica examinados.

Tao grupo foi capaz de variar a condutância em até uma ordem de magnitude, simplesmente mudando a orientação da molécula em relação à superfície do eletrodo. Especificamente, a molécula ângulo de inclinação foi alterada, com aumento de condutância como a distância que separa os eletrodos diminuiu, e alcançando um máximo quando a molécula foi dividida entre os eletrodos a 90 graus.

A razão para a flutuação dramática na condutância tem a ver com os chamados orbitais pi dos elétrons que compõem as moléculas, e sua interação com os orbitais de elétrons na eletrodos ligados. Como observa Tao, orbitais pi pode ser pensado como nuvens de elétrons, projetando-se perpendicularmente a partir de qualquer lado do plano da molécula. Quando o ângulo de inclinação de uma molécula presa entre dois eletrodos é alterada, estes orbitais pi pode entrar em contato e mistura com orbitais de elétrons contidos no eletrodo de ouro, um processo conhecido como acoplamento lateral. Este acoplamento lateral de orbitais tem o efeito de aumentar a condutância.

No caso da molécula pentaphenylene, o efeito de acoplamento lateral foi pronunciada, com níveis crescentes de condutância em até 10 vezes como o acoplamento lateral de orbitais entrou em maior jogo. Em contraste, a molécula tetraphenyl usado como um controle para os experimentos não apresentam acoplamento lateral e valores de condutância manteve-se constante, independentemente do ângulo de inclinação aplicado à molécula. Tao diz que as moléculas podem agora ser projetada para explorar ou minimizar efeitos laterais de acoplamento de orbitais, permitindo assim o ajuste fino das propriedades de condutância, com base em requisitos específicos de um aplicativo.

A maior auto-check-sobre os resultados da condutância foi realizado utilizando um método de modulação. Aqui, a posição da molécula foi mexido em três direções espaciais e os valores de condutância observada. Somente quando estas perturbações rápido específico mudou o ângulo de inclinação da molécula em relação ao eletrodo foram alterados os valores de condutância, indicando que o acoplamento lateral de orbitais de elétrons foi de fato responsável pelo efeito. Tao também sugere que esta técnica de modulação pode ser amplamente aplicada como um novo método para avaliar alterações na condutância em escala molecular sistemas.

Fonte: http://www.asu.edu/

Last Update: 3. October 2011 21:51

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