Visualización a escala atómica de las uniones de una sola molécula formadas con dos vías equivalentes (izquierda) y una vía (derecha), incluyendo la unión a las puntas de dos electrodos de oro y un esquema del circuito eléctrico externo.
(Phys.org):en un artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza el 2 de septiembre 2012, Los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE y los departamentos de Química y Física Aplicada de la Universidad de Columbia exploran las leyes que gobiernan la conductancia electrónica en circuitos de escala molecular.
"Todos los que han trabajado con circuitos electrónicos básicos saben que existen algunas reglas simples en el camino, como la ley de Ohm, "explica el colaborador Mark Hybertsen, físico del Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN) de Brookhaven. Hybertsen proporcionó la teoría para modelar el comportamiento del circuito observado con las herramientas computacionales de CFN. "Durante varios años hemos estado haciendo preguntas fundamentales para probar cómo esas reglas podrían ser diferentes si el circuito electrónico se reduce a la escala de una sola molécula".
La conductancia mide el grado en que un circuito conduce electricidad. En un circuito simple, si conecta las resistencias en paralelo, los electrones pueden fluir a través de dos caminos diferentes. En este caso, la conductancia del circuito completo será simplemente la suma de la conductancia de cada resistor.
Sin embargo, en un circuito molecular, las reglas que gobiernan el flujo de corriente ahora involucran la mecánica cuántica fundamental. En la mayoría de los circuitos de una sola molécula, las moléculas no se comportan como resistencias convencionales; en lugar de, los electrones atraviesan la molécula. Cuando la molécula ofrece dos vías en paralelo, el movimiento ondulatorio de un electrón puede cambiar drásticamente la forma en que se suma la conductancia. Por muchos años, Los expertos en nanotecnología han sospechado, pero no probado, que los efectos de interferencia cuántica hacen que la conductancia de un circuito con dos caminos sea hasta cuatro veces mayor que la conductancia de un circuito con un solo camino.
Para investigar más estos efectos de la mecánica cuántica, los científicos necesitaban construir sus propios circuitos de nano-tamaño controlables. Trabajando con el grupo de Ronald Breslow en Columbia, diseñaron y sintetizaron una serie de moléculas para usar en el experimento.
"Hacer un circuito de manera confiable a partir de una sola molécula es realmente un desafío, "dice Latha Venkataraman, un profesor de Física Aplicada de Ingeniería de Columbia cuyo grupo perfeccionó el método utilizado para hacer los circuitos moleculares. "Imagínese tratando de tocar los dos extremos de una molécula que tiene sólo diez átomos de largo".
Para hacer los circuitos El grupo de Venkataraman adaptó un aparato de microscopio de túnel de barrido (STM) para presionar repetidamente una punta de oro afilada en otro electrodo de oro y luego tirar de él. Cuando esta unión se rompa, Hay un momento en el que el espacio entre las dos piezas de oro encaja perfectamente con la molécula. Una vez que el sistema de circuito está configurado, La medición de la conductancia es rápida y se puede repetir miles de veces para obtener datos estadísticamente confiables.
Usando este enfoque, los científicos descubrieron que las moléculas con dos vías integradas como la que se visualiza en la figura de la derecha tenían una conductancia que era mayor que la suma de la conductancia de cada brazo, aunque el aumento no fue tan grande como habían anticipado. Para comprender mejor este efecto, Héctor Vasquez de Columbia trabajó con Hybertsen para simular computacionalmente la transmisión mecánica cuántica de un electrón a través de cada circuito.
"Tanto las mediciones como las simulaciones muestran que las moléculas con dos caminos paralelos pueden tener una conductancia que es más grande que dos veces la de una molécula con un solo camino, ", dijo Hybertsen." Esta es la señal de que el efecto de interferencia cuántica está jugando un papel ".
El grupo sospecha que otros factores, como la naturaleza del enlace de la molécula a los electrodos, deben tenerse en cuenta al calcular la conductancia de un circuito molecular. Actualmente están investigando otras cuestiones centrales sobre la electrónica molecular, incluyendo cómo cambia el dispositivo cuando se utilizan diferentes metales.
