Los científicos de NUS han ideado un nuevo método para la síntesis de moléculas de nanografeno con un alto rendimiento de producto para el desarrollo de dispositivos cuánticos de próxima generación.

Las reacciones químicas en la superficie han mostrado potencial en la síntesis de nuevos materiales funcionales orgánicos como los nanografenos atómicamente precisos. El concepto central de esta estrategia se basa en el diseño racional de precursores moleculares específicos, que posteriormente experimentan una transformación química a lo largo de ciertas vías de reacción hacia el producto deseado. El electronico Las propiedades magnéticas y ópticas de estas moléculas de nanografeno se pueden ajustar con precisión para el desarrollo de dispositivos cuánticos de próxima generación. Desafortunadamente, Las rutas sintéticas convencionales asistidas por superficie a menudo implican una serie de reacciones en cascada con rutas de reacción en competencia. Esto conduce inevitablemente a la formación de numerosos productos no deseados y reduce el rendimiento. El rendimiento limitado de los productos seleccionados plantea un desafío para las aplicaciones prácticas de los nanografenos.

Un equipo de investigación de NUS dirigido por el profesor Jiong Lu, en colaboración con el grupo de investigación del profesor Jishan Wu, ambos del Departamento de Química, NUS ha desarrollado una ruta para sintetizar el nanografeno hexagonal con bordes en zigzag, conocido como circumcoronene, sobre un sustrato de cobre (111). La ruta de reacción se basa en el robusto acoplamiento deshidrogenativo de los grupos metilo en los sitios adyacentes de las moléculas precursoras diseñadas racionalmente, seguido de las reacciones de cierre del anillo sobre el sustrato metálico. Esto forma la elusiva molécula de circuncoroneno que consta de 19 anillos de benceno fusionados. En tono rimbombante, tal ruta sintética permite un rendimiento ultra alto del producto de reacción (hasta 98%), que no se ha logrado hasta la fecha.

Las interacciones electrostáticas entre la gran cantidad de moléculas de circuncoroneno y el sustrato de cobre permitieron que las moléculas se autoensamblaran en superredes extendidas. Esto fue observado por el equipo utilizando mediciones de microscopía de sonda de barrido resueltas por enlace. Los investigadores demuestran que la topología en zigzag hexagonal única de los circumcoronenos, junto con su paisaje electrostático periódico, confina el gas de electrones bidimensional (2-D) en la superficie de cobre (111). Esto crea un entramado de panal Kagome electrónico quiral con dos bandas planas electrónicas emergentes. Esta disposición de las moléculas de circuncoroneno en una cuadrícula regular de hexágonos y triángulos puede ser particularmente interesante en una amplia gama de física de materia condensada debido a su potencial favorable en la realización de una variedad de fenómenos exóticos de muchos cuerpos, incluyendo estados de Hall cuánticos anómalos, Cristalización de Wigner, y transiciones de aislamiento topológico.

El profesor Lu dijo:"Nuestros hallazgos abren una nueva ruta para la síntesis de nanografeno de rendimiento ultra alto y la fabricación atómicamente precisa de celosías bidimensionales sintéticas con propiedades electrónicas únicas para futuras aplicaciones tecnológicas".