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Nanotecnologia

Molécula eletrônica funciona como microfone, alto-falante ou transístor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/10/2020

Molécula eletrônica funciona como microfone, alto-falante ou transístor
O componente molecular consiste em um átomo de gadolínio preso em uma gaiola de carbono, tudo controlado por dois eletrodos.
[Imagem: Mark Reed Lab/Yale]

Eletrônica molecular

Está pronto o primeiro eletreto formado por uma única molécula - um componente que pode ser uma das chaves para viabilizar os computadores moleculares e um novo nível de miniaturização em várias aplicações.

O objetivo último desse campo de pesquisas é construir processadores nos quais os transistores sejam substituídos por moléculas individuais.

Embora não seja comum ver comparações entre microfones, alto-falantes e transistores, quanto se chega na escala molecular as coisas começam a se misturar.

O princípio de tudo está em um componente conhecido como eletreto, no qual todos os dipolos - pares de cargas elétricas opostas - se alinham espontaneamente na mesma direção. Aplicando um campo elétrico, suas direções podem ser invertidas. Os eletretos tipicamente são construídos com materiais piezoelétricos, como os que produzem o som em alto-falantes ou captam o som em um microfone, o que significa que eles precisam ser bem grandes em comparação com os componentes eletrônicos.

Ocorre que, no nível molecular, como as direções dos pares de cargas podem ser invertidos, isto significa que um eletreto molecular pode funcionar como uma chave liga/desliga, e uma chave é uma descrição mais do que adequada para um transístor ou para uma célula de memória, cujo ligado pode ser entendido como 1 e um desligado como 0.

"A questão sempre foi sobre o quão pequenos você poderia fazer esses eletretos, que são essencialmente dispositivos de armazenamento de memória," comentou o professor Mark Reed, do Instituto Politécnico Rensselaer, nos EUA.

Transístor molecular

Quem encontrou a resposta para a questão da miniaturização definitiva dos eletretos foi o pesquisador Kangkang Zhang, da Universidade de Yale.

Zhang inseriu um átomo do elemento químico gadolínio (Gd) dentro de uma buckyball de carbono, uma molécula de 32 lados, também conhecida como buckminster-fulereno, criando uma estrutura chamada Gd@C82 - um átomo de gadolínio dentro de uma molécula com 82 átomos de carbono.

Quando esta estrutura foi montada entre dois eletrodos, um campo elétrico aplicado nesses eletrodos permite forçar um único elétron através da Gd@C82, o que significa que a estrutura pode ser alternada de um estado estável para outro - ou seja, ela funciona como uma chave, ou como uma memória.

E é também um eletreto porque, embora não seja condutora, a estrutura molecular assume uma polarização dipolar - uma carga elétrica "permanente", ou estável. Em outras palavras, o eletreto funciona como o equivalente eletrostático de um ímã permanente.

A equipe reconhece que seu eletreto/transístor/memória molecular ainda não é prático para qualquer aplicação tecnológica, mas ele prova que a ciência fundamental para a eletrônica molecular é possível e, de certa forma, bastante simples.

"O importante nisso é que mostra que você pode criar em uma molécula dois estados que causam a polarização espontânea e dois estados comutáveis," explicou o professor Reed. "E isso pode dar às pessoas ideias de que talvez você possa encolher as memórias literalmente ao nível de uma única molécula. Agora que entendemos que podemos fazer isso, podemos prosseguir para fazer coisas mais interessantes."

Bibliografia:

Artigo: A Gd@C82 single-molecule electret
Autores: Kangkang Zhang, Cong Wang, Minhao Zhang, Zhanbin Bai, Fang-Fang Xie, Yuan-Zhi Tan, Yilv Guo, Kuo-Juei Hu, Lu Cao, Shuai Zhang, Xuecou Tu, Danfeng Pan, Lin Kang, Jian Chen, Peiheng Wu, Xuefeng Wang, Jinlan Wang, Junming Liu, You Song, Guanghou Wang, Fengqi Song, Wei Ji, Su-Yuan Xie, Su-Fei Shi, Mark A. Reed, Baigeng Wang
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-020-00778-z





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