(PhysOrg.com) - Una nueva investigación allana el camino para el autoensamblaje a nanoescala de bloques de construcción orgánicos, una nueva ruta prometedora hacia la próxima generación de dispositivos electrónicos ultrapequeños.
Las moléculas en forma de anillo con una simetría quíntuple inusual se unen fuertemente a una superficie de cobre, debido a una transferencia sustancial de carga, pero experimentan notablemente poca dificultad en la difusión lateral, y exhiben sorprendentemente poca interacción entre moléculas vecinas. Esta combinación de características sin precedentes es ideal para la creación espontánea de películas delgadas estables de alta densidad, compuesto por un pavimento de estas baldosas pentagonales orgánicas, con aplicaciones potenciales en informática, energía solar y nuevas tecnologías de visualización.
En la actualidad, la electrónica comercial utiliza un enfoque de arriba hacia abajo, con el fresado o grabado de material inorgánico, como el silicio, para hacer un dispositivo más pequeño. Durante muchos años, la potencia de cálculo de un tamaño determinado de chip de computadora se ha duplicado cada dieciocho meses (un fenómeno conocido como ley de Moore), pero pronto se espera un límite en este crecimiento. Al mismo tiempo, la eficiencia de acoplar componentes electrónicos a la luz entrante o saliente (ya sea en la generación de electricidad a partir de la luz solar, o en la generación de luz a partir de electricidad en pantallas planas e iluminación) también está fundamentalmente limitada por el desarrollo de técnicas de fabricación a escala nanométrica.
Por lo tanto, los investigadores buscan soluciones ingeniosas en la creación de dispositivos electrónicos cada vez más pequeños. El campo de la nanotecnología está adoptando un enfoque ascendente de creación de productos electrónicos utilizando componentes orgánicos que se autoensamblan de forma natural, como polímeros, que será capaz de formar espontáneamente dispositivos con las características ópticas o electrónicas deseadas.
Los últimos hallazgos son de científicos de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Rutgers que están trabajando en el desarrollo de nuevas clases de películas delgadas orgánicas en superficies. Al estudiar las fuerzas fundamentales en juego en las películas delgadas autoensambladas, están desarrollando el conocimiento que les permitirá adaptar estas películas a dispositivos electrónicos orgánicos a escala molecular, creando componentes más pequeños de lo que sería posible con las técnicas de fabricación convencionales.
Dra. Holly Hedgeland, del Departamento de Física de la Universidad de Cambridge, uno de los coautores del artículo que informa sobre la investigación, dijo:"Con la industria de los semiconductores que actualmente tiene un valor estimado de $ 249 mil millones por año, existe una clara motivación hacia una comprensión a escala molecular de las tecnologías innovadoras que podrían reemplazar a las que usamos hoy".
No son simplemente las propiedades electrónicas de una molécula en una superficie las que controlarán su potencial para formar parte de un dispositivo, pero también si se moverá por sí mismo a la configuración estructural requerida y permanecerá estable en esa posición incluso si el dispositivo se calienta durante el uso.
Las moléculas fuertemente unidas al sustrato con un alto grado de transferencia de carga ofrecen un abanico de nuevas posibilidades, aunque actualmente se sabe poco de su comportamiento. Varias moléculas orgánicas, generalmente con anillos de carbono a través de los cuales puede conducir la carga electrónica, demostrar potencialmente las propiedades electrónicas correctas, pero las fuerzas de largo alcance que gobernarán su autoensamblaje durante las primeras fases de crecimiento a menudo siguen siendo un misterio.
Ahora, el equipo interdisciplinario con sede en los Departamentos de Física y Química de la Universidad de Cambridge, y el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Rutgers, han informado de las primeras mediciones dinámicas para una nueva clase de película delgada orgánica donde las moléculas de ciclopentadienilo (C5H5) reciben una carga electrónica significativa de la superficie, sin embargo, se difunden fácilmente a través de la superficie y muestran interacciones entre sí que son mucho más débiles de lo que normalmente se esperaría por la cantidad de carga transferida.
Hedgeland explicó:"Al acoplar la técnica experimental de eco de espín de helio con cálculos avanzados de primeros principios, pudimos estudiar el comportamiento dinámico de una capa de ciclopentendienilo sobre una superficie de cobre, y deducir que la transferencia de carga entre el metal y la molécula orgánica se estaba produciendo en un sentido contrario a la intuición ".
Dr. Marco Sacchi, del Departamento de Química de la Universidad de Cambridge, que llevó a cabo los cálculos que ayudaron a explicar los asombrosos nuevos resultados experimentales, dijo que "la clave del comportamiento único del ciclopentadienilo radica en su simetría pentagonal (cinco veces), lo que evita que se enganche en cualquier sitio dentro de la simetría triangular (triple) de la superficie del cobre a través de enlaces covalentes direccionales, dejándolo libre para moverse fácilmente de un sitio a otro; al mismo tiempo, su estructura electrónica interna es sólo un electrón menos que una configuración "aromática" extremadamente estable, fomentando un alto grado de transferencia de carga desde la superficie y creando un fuerte enlace iónico no direccional ".
Los hallazgos de los investigadores, reportado en Cartas de revisión física hoy dia, Viernes 06 de mayo, destacar el potencial de una nueva categoría de adsorbato molecular, que podría cumplir con todos los criterios requeridos para una aplicación útil.
Hedgeland concluyó:"El carácter inusual de la transferencia de carga en este caso evita las grandes interacciones repulsivas entre moléculas adyacentes que de otro modo se habrían esperado". y por tanto debería permitir la formación de películas de densidad inusualmente alta. Al mismo tiempo, las moléculas permanecen altamente móviles y, sin embargo, fuertemente unidas a la superficie, con un alto grado de estabilidad térmica. En todo, esta es una combinación de propiedades físicas que ofrece un enorme beneficio potencial para el desarrollo de nuevas clases de películas orgánicas autoensambladas relevantes para aplicaciones tecnológicas ".
