Somos deuses

Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/02/2017

O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo. [Imagem: Niko Pavlicek/IBM Research]

Trianguleno

Uma equipe da IBM e da Universidade de Warwick, no Reino Unido, sintetizou uma molécula nunca antes observada, chamada trianguleno, usando o princípio fundamental da nanotecnologia: em lugar de uma reação química tradicional, o trianguleno foi montado átomo por átomo.

Também conhecida como hidrocarbono de Clar (Erich Clar, 1902-1987), essa molécula foi teorizada em 1953, mas se acreditava que ela seria instável demais para ser isolada - muitos tentaram, mas ninguém nunca conseguiu.

O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo, e com as bordas circundadas por átomos de hidrogênio.

Reação química átomo a átomo

A construção de moléculas átomo por átomo representa uma nova rota de síntese química. O processo ainda é lento demais para usos práticos, mas vem se desenvolvendo aos poucos. Este experimento é um exemplo de que formar novas moléculas expulsando átomos individuais de uma molécula precursora já é uma ferramenta de interesse científico.

"Neste trabalho, nós usamos nossa técnica de manipulação atômica [...] para gerar o trianguleno, que nunca havia sido sintetizado antes. É uma molécula desafiadora porque ela é altamente reativa, mas também é particularmente interessante por causa de suas propriedades magnéticas," contou Niko Pavlicek, responsável pelo experimento.

A técnica a que o pesquisador se refere é uma combinação de um microscópio de tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscope) com um microscópio de força atômica (AFM: Atomic Force Microscope), que já havia sido usada para construir outra molécula que ganhou fama, a olimpiceno.

• Nova técnica permite fabricação em escala molecular
•  

Imagens do trianguleno com a molécula sobre uma base de cobre (esquerda) e em xenônio (direita). [Imagem: Niko Pavlicek et al. - 10.1038/NNANO.2016.305]

Grafeno e spintrônica

Além da ciência básica, há também várias aplicações interessantes para o trianguleno.

"Já foi sugerido que segmentos similares ao trianguleno incorporados em fitas de grafeno seria uma forma elegante para projetar componentes spintrônicos orgânicos," disse Pavlicek.

As nanofitas de grafeno estão sendo pesquisadas para aplicações em materiais compósitos, que são muito fortes e leves. Já o campo da spintrônica está sendo estudado por grupos em todo o mundo, inclusive na IBM, em busca de uma nova geração de processadores mais rápidos e com menor consumo de energia.

"Conseguimos demonstrar que o magnetismo do trianguleno sobrevive em xenônio ou em superfícies de cloreto de sódio. Entretanto, não conseguimos obter uma imagem detalhada do seu estado magnético e possíveis excitações com o nosso microscópio, que não tem um campo magnético, de forma que há muito para ser explorado e descoberto por outros grupos," concluiu Pavlicek.

Bibliografia:

Synthesis and characterization of triangulene
Niko Pavlicek, Anish Mistry, Zsolt Majzik, Nikolaj Moll, Gerhard Meyer, David J. Fox, Leo Gross
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/NNANO.2016.305

Vendo ligações químicas

Menor lente do mundo mostra ligações químicas entre átomos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/11/2016

 

Com a nova lente será possível explorar novos dispositivos de armazenamento de dados optomecânicos, nos quais a informação seja escrita e lida por luz e armazenada na forma de vibrações moleculares. [Imagem: NanoPhotonics Cambridge/Bart deNijs]

Menor lente de aumento do mundo

Durante séculos, os cientistas acreditaram que a luz, como todas as ondas, não poderia ser focada em um ponto menor do que seu comprimento de onda - pouco menos de um milionésimo de metro, ou algumas centenas de nanômetros.

Essa crença vem sendo desmistificada ao longo dos anos com o auxílio de diversas técnicas, incluindo metalentes e diversos tipos de lentes planas.

Agora, uma equipe do Reino Unido e da Espanha criou a menor lente de aumento do mundo, capaz de concentrar a luz em um ponto um bilhão de vezes menor, até a escala de átomos individuais.

Felix Benz e seus colegas usaram nanopartículas para construir a menor cavidade óptica já feita, tão pequena que apenas uma única molécula pode caber dentro dela. A cavidade - que a equipe chamou de "picocavidade" - foi esculpida em uma nanoestrutura de ouro, sendo ela a responsável por confinar a luz a menos de um bilionésimo de metro.

"Nossos modelos sugerem que átomos individuais que se projetam [da superfície da nanopartícula] podem atuar como pequenos pára-raios, mas focando a luz em vez da eletricidade," disse o professor Javier Aizpurua, da Universidade Politécnica de Valência.

Novos campos de pesquisas e aplicações

Com um foco tão minúsculo, com dimensões similares às de um único átomo, torna-se possível observar ligações químicas individuais dentro de moléculas, abrindo novas formas de estudar a luz e a matéria.

Por exemplo, é possível fazer com que as moléculas na cavidade passem por reações químicas e observar tudo o que acontece, o que pode permitir o desenvolvimento de tipos inteiramente novos de sensores.

Em sentido mais amplo, o avanço tem o potencial para abrir um novo campo de estudo e exploração de reações químicas catalisadas por luz, permitindo que moléculas complexas sejam construídas a partir de componentes menores.

Além disso, a equipe afirma ser possível explorar novos dispositivos de armazenamento de dados optomecânicos, nos quais a informação seja escrita e lida por luz e armazenada na forma de vibrações moleculares.

Bibliografia:

Single-molecule optomechanics in "picocavities"
Felix Benz, Mikolaj K. Schmidt, Alexander Dreismann, Rohit Chikkaraddy, Yao Zhang, Angela Demetriadou, Cloudy Carnegie, Hamid Ohadi, Bart de Nijs, Ruben Esteban, Javier Aizpurua, Jeremy J. Baumberg
Science - Vol.: 354, Issue 6313, pp. 726-729 - DOI: 10.1126/science.aah5243

Modernidade

Transístor de 1 nanômetro empurra limites da miniaturização

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/10/2016

 Esquema de funcionamento do transístor de 1 nanômetro - tudo em escala atômica [Imagem: Sujay Desai/Berkeley Lab]

Limites da eletrônica

Em tempos de transistores atômicos, o título de menor transístor do mundo começa a exigir a criação de categorias para os diversos tipos de avanços mais recentes.

Em termos de um transístor compatível com a tecnologia atual, um novo recorde acaba de ser estabelecido por Sujay Desai e seus colegas da Universidade de Berkeley, nos EUA.

Desai usou uma camada de silício, sobre a qual depositou uma monoatômica de molibdenita e nanotubos de carbono, construindo um transístor cuja porta mede exatamente 1 nanômetro.

O feito é importante porque já se defendeu que as leis da física impediriam fabricar transistores menores do que 10 nanômetros porque, abaixo disso, as leis da mecânica quântica passariam a imperar e interfeririam com o funcionamento tradicional do componente.

A realidade mostrou que não é bem assim, e vários transistores hoje usam justamente os fenômenos quânticos para funcionar - eles são essencialmente "transistores quânticos". Para a tecnologia da microeletrônica atual, à base de silício, os físicos hoje defendem um limite físico dos transistores em 5 nanômetros, embora os processadores estejam chegando ao patamar dos 7 nanômetros em escala experimental.

• Transístor de nanotubo supera mais modernos transistores de silício

Há espaço para miniaturização

"Nós desenvolvemos um transístor com uma porta de 1 nanômetro, mostrando que, escolhendo os materiais adequados, há muito espaço para miniaturizarmos nossa eletrônica," disse o professor Ali Javey, coordenador da equipe.

Os materiais escolhidos pela equipe foram nanotubos de carbono e a promissora molibdenita (MoS2), um material que já vem sendo pesquisado para uso em uma nova geração de LEDs, lasers, células solares e, claro, transistores.

Resta agora o desafio nada desprezível de fabricar esses nanotransistores em larga escala e com funcionamento padronizado.

Bibliografia:

MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths
Sujay B. Desai, Surabhi R. Madhvapathy, Angada B. Sachid, Juan Pablo Llinas, Qingxiao Wang, Geun Ho Ahn, Gregory Pitner, Moon J. Kim, Jeffrey Bokor, Chenming Hu, H.-S. Philip Wong, Ali Javey
Science
Vol.: 354, Issue 6308, pp. 99-102
DOI: 10.1126/science.aah4698