Moléculas individuais funcionam como transistores a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O aglomerado molecular é maior do que uma molécula individual, mas é estável o suficiente para operar a temperatura ambiente. [Imagem: Bonnie Choi/Columbia University]

Eletrônica molecular

Um dos principais objetivos da eletrônica molecular, que pretende usar moléculas individuais como componentes eletrônicos, é criar um dispositivo onde um fluxo de carga elétrica definido e controlável possa ser alcançado a temperatura ambiente.

Um passo importante nesse sentido acaba de ser dado por uma equipe da Universidade de Colúmbia, nos EUA, que demonstrou que moléculas podem funcionar como elementos lógicos, como transistores ou diodos, funcionando a temperatura ambiente e de forma precisa, previsível e reprodutível.

Este é o primeiro experimento a demonstrar de forma reprodutível a capacidade de alternar um componente molecular do estado isolante para o estado condutor, onde a carga adicionada e removida consiste em um único elétron, abrindo caminho para a miniaturização sem precedentes que se espera obter com a eletrônica molecular.

Aglomerado molecular

Em vez de trabalhar com moléculas individuais, sensíveis demais, a equipe usou aglomerados moleculares, que se mostraram mais estáveis.

"Descobrimos que esses aglomerados podem funcionar muito bem como diodos nanométricos a temperatura ambiente, cuja resposta elétrica podemos ajustar alterando sua composição química," explicou a professora Latha Venkataraman. "Teoricamente, um único átomo é o limite último, mas os componentes de átomos únicos não podem ser fabricados e estabilizados a temperatura ambiente. Com esses aglomerados moleculares, temos controle completo sobre sua estrutura, com precisão atômica, e podemos alterar a composição elementar e a estrutura de uma maneira controlável para gerar determinadas respostas elétricas."

A equipe criou um conjunto de átomos geometricamente ordenados com um núcleo inorgânico feito de apenas 14 átomos, resultando em um diâmetro de cerca de 0,5 nanômetro. Esse aglomerado foi então conectado a dois eletrodos de ouro, que permitiram caracterizar a resposta elétrica do aglomerado à medida que a tensão de polarização era variada.

Segundo os pesquisadores, sua técnica lhes permite fabricar e medir milhares de junções com características de transporte reprodutíveis.

Circuitos lógicos moleculares

Vários experimentos anteriores usaram pontos quânticos para produzir efeitos semelhantes, mas como os pontos quânticos são muito maiores e não são uniformes em tamanho, devido à natureza de seu processo de fabricação, os resultados não são reprodutíveis - nem todos os dispositivos feitos com pontos quânticos se comportam do mesmo modo.

Já os grupos moleculares inorgânicos são menores e idênticos em forma e tamanho, permitindo calcular exatamente o comportamento elétrico que será obtido deles até a escala atômica.

O próximo passo será usar os aglomerados inorgânicos para compor os primeiros circuitos lógicos moleculares.

Bibliografia:

Room-temperature current blockade in atomically defined single-cluster junctions
Giacomo Lovat, Bonnie Choi, Daniel W. Paley, Michael L. Steigerwald, Latha Venkataraman, Xavier Roy
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2017.156