Los científicos de la Universidad Aalto y la Universidad de Zúrich han logrado obtener imágenes directas de cómo interactúan los electrones dentro de una sola molécula.

Comprender este tipo de efectos electrónicos en moléculas orgánicas es fundamental para su uso en aplicaciones optoelectrónicas. por ejemplo en diodos emisores de luz orgánicos (OLED), transistores orgánicos de efecto de campo (OFET) y células solares.

En su artículo publicado en Física de la naturaleza , El equipo de investigación demuestra mediciones en la molécula orgánica de ftalocianina de cobalto (CoPC) que solo pueden explicarse teniendo en cuenta cómo los electrones de la molécula interactúan entre sí. CoPC es una molécula de uso común en dispositivos optoelectrónicos orgánicos. Las interacciones electrón-electrón alteran su conductividad, que está directamente relacionado con el rendimiento del dispositivo.

El grupo de Física a escala atómica de la Universidad de Aalto, dirigido por Peter Liljeroth, se especializa en microscopía de túnel de barrido (STM), que utiliza una pequeña corriente entre una punta de sonda afilada y una muestra conductora para medir las propiedades estructurales y electrónicas de la superficie de la muestra con resolución atómica. En este caso, utilizaron el STM para medir la corriente que pasa a través de una sola molécula en una superficie inyectando o eliminando electrones a diferentes energías.

Dentro de la molécula, los electrones 'viven' en los llamados orbitales, que definen su energía y la forma de su función de onda mecánica cuántica. Estos orbitales se pueden medir registrando la corriente a través de la molécula en función del voltaje aplicado.

Fabián Schulz, investigador de posgrado en el grupo de Liljeroth, se sorprendió cuando las mediciones en moléculas de CoPC no se ajustaban a la interpretación convencional de los experimentos STM en moléculas individuales. "Vimos varias características adicionales en la corriente registrada donde no debería haber habido ninguna de acuerdo con la interpretación habitual de estos llamados espectros de túnel", Schulz explica.

Los experimentos se realizaron en moléculas de ftalocianina de cobalto (CoPC) depositadas sobre una capa de un átomo de espesor de nitruro de boro hexagonal sobre una superficie de iridio.

Un colega de la Universidad de Aalto y líder del grupo de Física Cuántica de Muchos Cuerpos, Ari Harju, sugirió que la clave para comprender los resultados experimentales podría ser una forma de interacción electrón-electrón que generalmente se descuida al interpretar tales experimentos. En colaboración con Ari P. Seitsonen de la Universidad de Zurich, Ari Harju y su equipo calcularon las propiedades electrónicas de la molécula, incluidos los efectos de la mecánica cuántica que iban más allá de los métodos predominantes. Esta nueva interpretación se confirmó cuando Liljeroth y su equipo pudieron hacer coincidir los orbitales moleculares medidos experimentalmente con las predicciones de la teoría. "Fue muy emocionante ver este tipo de interacción entre la teoría y el experimento", Comenta Liljeroth.

Ari Harju concluye:"La prueba de que tal teóricamente predijo, Los efectos exóticos que se pueden observar experimentalmente es un importante paso adelante en la comprensión de cómo se transporta la corriente a través de moléculas individuales y ensamblajes moleculares ".