Criado um diodo molecular

02/11/2009 22:47

Redação do Site Inovação Tecnológica Criado um diodo molecular

Esquema do diodo molecular. A molécula simétrica (acima) deixa a corrente passar nos dois sentidos, podendo funcionar como um resistor. A molécula assimétrica (embaixo) permite a passagem da corrente num único sentido, funcionando como um diodo molecular.[Imagem: Biodesign Institute at Arizona State University]

Eletrônica molecular

Pesquisadores da Universidade do Estado do Arizona, nos Estados Unidos, construíram um diodo molecular, um componente básico da eletrônica que demonstra as possibilidades reais da chamada eletrônica molecular, quando os componentes eletrônicos - diodos e transistores, por exemplo - poderão ser compostos por moléculas individuais, levando a miniaturização a um novo patamar.

O mesmo grupo de pesquisadores havia estabelecido os fundamentos para a construção de um diodo molecular em 2006. Agora eles conseguiram realizar o feito experimentalmente.

Diodos são componentes eletrônicos que permitem que a corrente elétrica flua em um sentido, mas não no sentido oposto. Eles são elementos críticos em virtualmente todos os circuitos eletrônicos, de simples eliminadores de pilhas até os mais modernos computadores. E, para se ter uma ideia da variedade de suas aplicações, basta lembrar que um LED é um diodo emissor de luz (LED: Light Emitting Diode).

No limite da miniaturização

Fabricar os componentes eletrônicos - incluindo os diodos e os transistores - em menores dimensões significa que os computadores e os demais equipamentos eletrônicos poderão ser fabricados em menores dimensões e com menores custos. Mas significa também aplicações totalmente novas.

A promessa da eletrônica molecular sempre foi levar a miniaturização ao limite, permitindo a construção de componentes eletrônicos com moléculas. "A dimensão dos transistores está na casa de algumas dezenas de nanômetros, somente cerca de 20 vezes maior do que uma molécula," explica o professor N.J. Tao. "Esta é uma das razões pelas quais as pessoas estão entusiasmadas com a ideia da eletrônica molecular.

Diodo molecular

Para que uma molécula funcione como um diodo, segundo o Dr. Tao, ela precisa ser assimétrica, com uma ponta capaz de formar uma ligação covalente com um eletrodo de carga negativa - chamado anodo - e a outra ponta capaz de se ligar a um eletrodo positivo - chamado catodo.

A pesquisa da equipe do Dr. Tao demonstrou a importância dessa assimetria, uma vez que uma molécula simétrica permite a passagem da corrente elétrica nos dois sentidos. A molécula simétrica também é importante para a eletrônica molecular, podendo funcionar como um resistor, mas a assimétrica - formando o diodo molecular - é mais importante ainda.

A ideia de substituir os componentes eletrônicos por moléculas não é nova. A eletrônica molecular foi prevista pela primeira vez nos trabalhos dos químicos Mark Ratner e Ari Aviram, em 1974. Até agora, a maioria dos trabalhos vem sendo feito utilizando filmes finos, ou seja, utilizando várias moléculas.

A abordagem da equipe do Dr. Tao é mais purista, trabalhando apenas com moléculas individuais. Isto comporta dois desafios principais. O primeiro é conectar uma molécula individual aos eletrodos. O segundo é determinar a posição da molécula assimétrica, uma vez que ela deve conduzir energia em um sentido bem definido.

A técnica desenvolvida pela equipe do Dr. Tao consiste em uma propriedade chamada modulação de corrente alternada. "Basicamente nós aplicamos à molécula uma pequena perturbação mecânica variável. Se a molécula está firme entre os eletrodos, ela responde de uma maneira. Se ela não se fixou, nós podemos saber na hora," explica ele.

Moléculas conjugadas

Os pesquisadores usaram moléculas conjugadas, nas quais os átomos são unidos por ligações simples e múltiplas alternadamente. Estas moléculas apresentam uma grande condutividade elétrica e possuem terminações assimétricas capazes de se ligar espontaneamente a eletrodos metálicos, criando um circuito.

"Nós podemos aplicar uma tensão, uma força mecânica ou um campo óptico, medir a corrente e ver a resposta. Como a física quântica controla o comportamento das moléculas individuais, esta capacidade nos permite estudar as propriedades peculiares desses componentes moleculares, que os tornam diferentes dos componentes tradicionais," explica Tao.

Aplicações futurísticas

Ainda há um longo caminho até que os componentes eletrônicos moleculares possam ser usados em circuitos práticos. Contudo, há também várias outras aplicações possíveis e com um menor horizonte temporal, como a construção de sensores químicos mais sensíveis.

"Pessoalmente, eu não estou interessado na eletrônica molecular por causa do seu potencial de reproduzir os circuitos eletrônicos atuais baseados em silício," diz o Dr. Tao.

Segundo ele, a eletrônica molecular irá se beneficiar das propriedades únicas - eletrônicas, ópticas e mecânicas - dos componentes moleculares, levando à criação de aplicações que poderão ser complementares à eletrônica convencional, em vez de tentar substitui-la.

Essa complementaridade, a rigor, aponta para aplicações muito mais futuristas do que a simples miniaturização dos circuitos eletrônicos tradicionais.

As possibilidades incluem principalmente a ligação dos circuitos eletrônicos tradicionais a tecidos biológicos, permitindo a criação de chips neurais, implantes, próteses e dispositivos projetados para ampliar as capacidades do corpo humano.

 

Bibliografia:

Rectification and stability of a single molecular diode with controlled orientation
Ismael Díez-Pérez, Joshua Hihath, Youngu Lee, Luping Yu, Lyudmyla Adamska, Mortko A. Kozhushner, Ivan I. Oleynik, Nongjian Tao
Nature Chemistry
October 2009
Vol.: 1, 635 - 641 (2009)
DOI: 10.1038/nchem.392