• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  • Comprender las transferencias de carga en la electrónica molecular

    El trabajo de Enrique del Barco contribuirá a avanzar en la comprensión de las tecnologías cuánticas. Crédito:Universidad de Florida Central

    Un equipo de investigación internacional, que incluye al profesor Enrique del Barco de la Universidad de Florida Central y Christian A. Nijhuis de la Universidad Nacional de Singapur, ha encontrado una forma de comprender y manipular la transición de cargas en las uniones moleculares.

    Una unión molecular conecta moléculas a dos electrodos metálicos, como el oro. Para que los electrones fluyan a través de la unión, necesitan superar una barrera. Cuando la temperatura aumenta, los electrones pueden saltar la barrera más fácilmente.

    Las transferencias de carga dominan muchas reacciones químicas, como cuando el hierro se oxida y se vuelve marrón. El hierro pierde electrones, causando óxido. El hierro es un metal pero lo mismo se aplica a las reacciones moleculares, conocido como electroquímica. La ciencia detrás de la transferencia de carga molecular es bien conocida en el campo de la química. y explicado por la llamada Teoría de Marcus.

    Según esta teoría, Las velocidades de reacción molecular se pueden ajustar aumentando o disminuyendo la temperatura (conocido como régimen de Marcus directo). Sin embargo, bajo algunas circunstancias, la reacción se puede llevar al régimen de Marcus Invertido, donde la reacción se vuelve insensible a los cambios de temperatura, y puede saltar sin cruzar una barrera.

    Los procesos de transferencia de carga también son cada vez más importantes en el campo emergente de la electrónica molecular, donde los científicos apuntan a la escala más pequeña para circuitos eléctricos, donde los componentes básicos de la electrónica moderna se basan en moléculas.

    Un ejemplo de esto son los diodos moleculares (dispositivos moleculares capaces de seleccionar el flujo de corriente de carga), que son de crucial importancia como los bloques de construcción básicos de los circuitos moleculares:el futuro de la alimentación de nuestra electrónica.

    El problema es que los científicos han visto durante mucho tiempo que los diodos moleculares se comportan en cualquiera de los dos regímenes de Marcus de formas que no entendían.

    "Hemos visto moléculas similares comportándose de formas totalmente diferentes, y moléculas muy diferentes que se comportan de manera muy similar sin ninguna razón aparente, ", dijo del Barco." Esto es muy sorprendente en un momento en el que nuestro conocimiento de las uniones moleculares ha avanzado sustancialmente. Con dos electrodos y una molécula en el medio, la carga no fluye; salta. Pero hay momentos en los que muestra una barrera, y otras veces no, y esto es lo que hemos estado trabajando duro para averiguar ".

    Trabajando en estrecha colaboración con su colega en Singapur, el equipo experimentó con campos eléctricos y temperatura para ver cómo fluye la carga a través de diferentes diodos moleculares.

    Finalmente, encontraron una molécula que les permitió explorar los dos regímenes de Marcus, cambiando su dependencia de la temperatura a voluntad.

    "Este es un gran avance. Si pensamos en esta molécula compleja como dos unidades diferentes acopladas, cuando la carga salta a una unidad, genera un campo eléctrico en el otro, y viceversa, ", explicó del Barco." Esta compuerta eléctrica interna es proporcional a la cantidad de carga en la molécula en su conjunto, que aumenta con el voltaje aplicado al dispositivo, y hace que el diodo molecular transite entre los dos regímenes de Marcus. Esta es la primera vez que vemos una transición de este tipo en la electrónica molecular ".

    Aparte de las importantes implicaciones de este descubrimiento en el campo de la química, resulta que esta molécula representa el primer ejemplo molecular de un doble punto cuántico, con un potencial apasionante en física. Esto pone a la vista los sistemas moleculares en tecnologías emergentes como la información cuántica y la computación.

    Los puntos cuánticos se comportan como átomos, pero tienen niveles de energía más accesibles para conducir la electricidad, haciendo de los puntos cuánticos una forma ideal de alimentar computadoras y otros dispositivos electrónicos.

    El silicio es lo que impulsa nuestros teléfonos inteligentes y computadoras en la actualidad. En el futuro, La electrónica molecular puede ofrecer funcionalidades complementarias más allá de lo que es posible con Silicon. El silicio tiene limitaciones, y no puede ser tan pequeño como la electrónica molecular. Del Barco dice en el futuro, la tecnología molecular se utilizará junto con el silicio, para crear aplicaciones electrónicas novedosas.

    El trabajo de Del Barco y Nijuhuis, publicado en Nanotecnología de la naturaleza , contribuirá a avanzar en la comprensión de las tecnologías cuánticas.


    © Ciencia https://es.scienceaq.com