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A Pesquisa de ASU sobre a Única Molécula Ajuda à Revelação dos Dispositivos Futuros de Nanoscale

Published on March 4, 2011 at 4:35 AM

Na pesquisa que aparece em uma introdução recente da Nanotecnologia da Natureza do jornal, Nongjian “NJ” Tao, um pesquisador no Instituto de Biodesign em ASU, demonstrou uma maneira inteligente de controlar a condutibilidade elétrica de uma única molécula, explorando as propriedades mecânicas da molécula.

Tal controle eventualmente pode jogar um papel no projecto de dispositivos elétricos ultra-minúsculos, criado para executar tarefas úteis inumeráveis, de biológico e do produto químico que detectam a melhorar telecomunicações e memória do computador.

Tao conduz uma equipa de investigação usada a tratar os desafios envolvidos em criar dispositivos elétricos deste tamanho, onde os efeitos subtis do mundo do quantum dominam frequentemente o comportamento do dispositivo. Como Tao explica, uma tal edição é de definição e de controlo a condutibilidade elétrica de uma única molécula, anexada a um par de eléctrodos do ouro.

“Algumas moléculas têm as propriedades electromecânicas incomuns, que são materiais silicone-baseados desiguais,” Tao dizem. “Uma molécula pode igualmente reconhecer outras moléculas através das interacções específicas.” Estas propriedades originais podem oferecer a flexibilidade funcional tremenda aos desenhistas de dispositivos do nanoscale.

Na pesquisa actual, Tao examina as propriedades electromecânicas das únicas moléculas imprensadas entre os eléctrodos de condução. Quando uma tensão é aplicada, um fluxo resultante da corrente pode ser medido. Um tipo particular de molécula, conhecido como o pentaphenylene, foi usado e sua condutibilidade elétrica foi examinada.

O grupo de Tao podia variar perto a condutibilidade tanto quanto um ordem de grandeza, simplesmente mudando a orientação da molécula no que diz respeito às superfícies do eléctrodo. Especificamente, o ângulo de inclinação da molécula foi alterado, com a condutibilidade que aumenta enquanto a distância que separa os eléctrodos diminuído, e alcançando um máximo quando a molécula poised entre os eléctrodos em 90 graus.

A razão para a flutuação dramática na condutibilidade tem que fazer com os orbitals assim chamados do pi dos elétrons que compo as moléculas, e sua interacção com os orbitals do elétron nos eléctrodos anexados. Como notas de Tao, os orbitals do pi podem ser pensados como de nuvens de elétron, projectando-se perpendicular de um ou outro lado do plano da molécula. Quando o ângulo de inclinação de uma molécula prendida entre dois eléctrodos é alterado, estes orbitals do pi podem vir no contacto e misturar-se com os orbitals do elétron contidos no eléctrodo do ouro - um processo conhecido como o acoplamento lateral. Este acoplamento lateral dos orbitals tem o efeito de aumentar a condutibilidade.

No caso da molécula do pentaphenylene, o efeito lateral do acoplamento era pronunciado, com condutibilidade nivela o aumento de até 10 vezes enquanto o acoplamento lateral dos orbitals entrou o maior jogo. Ao contrário, a molécula do tetraphenyl usada como um controle para as experiências não exibiu o acoplamento lateral e os valores da condutibilidade permaneceram constantes, apesar do ângulo de inclinação aplicado à molécula. Tao diz que as moléculas podem agora ser projectadas à façanha ou minimizar os efeitos laterais do acoplamento dos orbitals, permitindo desse modo se ajustar de propriedades da condutibilidade, com base nas exigências específicas de uma aplicação.

Uma auto-avaliação mais adicional nos resultados da condutibilidade foi realizada usando um método da modulação. Aqui, a posição da molécula foi sacudida em 3 sentidos espaciais e os valores da condutibilidade foram observados. Somente quando estas perturbação rápidas mudaram especificamente o ângulo de inclinação da molécula relativo ao eléctrodo eram os valores da condutibilidade alterados, indicando que o acoplamento lateral de orbitals do elétron era certamente responsável para o efeito. Tao igualmente sugere que esta técnica da modulação possa amplamente ser aplicada enquanto um método novo para avaliar a condutibilidade muda em sistemas da molecular-escala.

A pesquisa foi apoiada pelo Ministério de Energia - programa Básico da Ciência da Energia.

Além do que a direcção do Centro do Instituto de Biodesign para a Bioelectrónica e os Biosensors, Tao é um professor na Escola de Elétrico, Computador, e Engenharia da Energia, no IRA A. Fulton Escola da Engenharia, e um professor afiliado de ASU da engenharia da química e da bioquímica, da física e do material.

Source: http://www.asu.edu/

Last Update: 12. January 2012 18:20

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