Las moléculas generalmente se forman en recipientes de reacción o matraces de laboratorio. Un equipo de investigación de Empa ha logrado producir moléculas entre dos microscópicamente pequeños, puntas de oro móviles, en cierto sentido como un espécimen único "tejido a mano". Las propiedades de las moléculas se pueden controlar en tiempo real mientras se producen. Los resultados de la investigación se acaban de publicar en Comunicaciones de la naturaleza .

La fabricación de componentes electrónicos generalmente sigue un camino de arriba hacia abajo en laboratorios físicos especializados. Utilizando herramientas especiales para tallar en salas blancas, los científicos son capaces de fabricar estructuras que alcanzan solo unos pocos nanómetros. Sin embargo, La precisión atómica sigue siendo un gran desafío y, por lo general, requiere microscopios especiales, como un microscopio de fuerza atómica (AFM) o un microscopio de túnel de barrido (STM). Los químicos, por otro lado, logran rutinariamente un tour de force:pueden sintetizar un gran número de moléculas que son todas exactamente idénticas. Pero sintetizar una sola molécula con precisión atómica y monitorear este proceso de ensamblaje sigue siendo un desafío formidable.

Un equipo de investigación de Empa, la Universidad de Basilea y la Universidad de Oviedo ahora han logrado hacer precisamente eso:los investigadores sintetizaron moléculas en forma de cadena entre dos puntas de oro microscópicamente pequeñas. Cada molécula se crea individualmente. Las propiedades de la molécula resultante se pueden controlar y documentar en tiempo real durante la síntesis.

Micro-manufactura entre puntas de oro

Anton Vladyka, Jan Overbeck y Mickael Perrin trabajan en el laboratorio "Transporte en interfaces a nanoescala" de Empa, encabezada por Michel Calame. Por sus experimentos, utilizaron una técnica llamada unión de rotura controlable mecánicamente (MCBJ). Un puente de oro de solo unos pocos nanómetros de espesor se estira lentamente en una solución de reactivo hasta que se rompe. Las moléculas individuales pueden adherirse a las puntas de fractura del nanopuente y sufrir reacciones químicas.

Los investigadores de Empa sumergieron las puntas de oro en una solución de 1, 4-diisocianobenceno (DICB), una molécula con fuertes dipolos eléctricos en ambos extremos. Estos extremos altamente cargados se unen fácilmente con átomos de oro. El resultado:cuando el puente se rompe, una molécula de DICB separa átomos de oro individuales del contacto y, por lo tanto, construye una cadena molecular. A cada molécula de DICB le sigue un átomo de oro, seguido de otra molécula de DICB, un átomo de oro, etcétera.

Notablemente, el ensamblaje molecular no dependía de ninguna coincidencia, pero funcionó altamente reproducible, incluso a temperatura ambiente. Los investigadores abrieron y cerraron repetidamente el puente de oro para comprender mejor el proceso. En 99 de 100 ensayos se formaron cadenas moleculares idénticas de oro y DICB. Al monitorear la conductividad eléctrica entre los contactos de oro, los investigadores pudieron incluso determinar la longitud de la cadena. Se pueden detectar hasta tres eslabones de la cadena. Si se forman cuatro o más eslabones de la cadena, la conductividad es demasiado baja y la molécula permanece invisible durante este experimento.

Este nuevo método permite a los investigadores producir moléculas conductoras de electricidad como muestras únicas y caracterizarlas utilizando una variedad de métodos. Esto abre posibilidades completamente nuevas para cambiar las propiedades eléctricas de moléculas individuales directamente ("in situ") y ajustarlas con precisión atómica. Esto se considera un paso crucial hacia una mayor miniaturización de los componentes electrónicos. Al mismo tiempo, Ofrece una visión profunda de los procesos de transporte a nivel atómico. "Para descubrir nuevas propiedades en ensamblajes moleculares, primero debemos ser capaces de construir estas estructuras moleculares de una manera reproducible, ", dice Michel Calame." Esto es exactamente lo que hemos logrado ".