Crédito:Instituto de Física de Leiden
Un grupo internacional de científicos de Leiden, Porcelana de Delft, Bern and Chuo ha desarrollado el primer diodo molecular conmutable, que se puede encender y apagar a través de la humedad. También funciona como sensor de humedad a nanoescala. El estudio ha sido publicado en Nanotecnología de la naturaleza .
En 2016, Feringa, Stoddard y Sauvage recibieron el Premio Nobel por desarrollar motores moleculares. Su trabajo proporciona un ejemplo espectacular de un área de investigación más amplia en la que los científicos estudian moléculas con una función programada químicamente. Aparte de los motores, también trabajan con diodos moleculares, interruptores y transistores, todo con una longitud típica de un nanómetro, y por lo tanto representan la miniaturización final. Los físicos de Leiden Sense Jan van der Molen y Huseyin Atesci, junto con Delft, Berna y Chuo (Japón), ahora han demostrado el primer diodo molecular conmutable.
Los científicos descubrieron que la conductividad eléctrica de la molécula 2-Ru-N depende de la humedad. En condiciones secas, la misma cantidad de corriente fluye a través de la molécula bajo voltaje positivo o negativo. Esto cambia drásticamente en un ambiente húmedo. En ese caso, solo un voltaje positivo induce una corriente. Los investigadores han creado un circuito molecular que funciona como una combinación única de un interruptor y un diodo, un diodo molecular conmutable que se enciende y apaga con la humedad. La molécula también funciona como un sensor de humedad basado en la estructura de una molécula específica.
Arriba:baja humedad. A voltaje cero (c), los niveles de energía del lado izquierdo y derecho de la molécula simétrica (a) son iguales. Ahora, si aplicamos un voltaje, los niveles de energía cambiarán entre sí. La distancia entre los niveles es independiente del voltaje positivo (d) o negativo (e). Por lo tanto, una corriente igualmente grande fluirá para voltaje positivo y negativo. Abajo:Humedad alta. Debido a que el agua reside en un lado de la molécula, la simetría entre los niveles de energía se rompe ya con voltaje cero (h). A voltaje positivo (i), los niveles de energía se acercan, para que pueda fluir una corriente significativa. Sin embargo, un voltaje negativo (j) aumenta la diferencia entre ambos niveles, por lo que la corriente está bloqueada. Crédito:Instituto de Física de Leiden
El diminuto diodo funciona mediante una asimetría provocada por las moléculas de agua. Alrededor del 60 por ciento de humedad, se amontonan en el lado derecho de la capa molecular (ver figura f). Esto provoca un desequilibrio entre los niveles de energía en ambos lados (h), lo que limita fuertemente el flujo de electrones. Un voltaje positivo a través de la molécula eleva el nivel de energía del lado derecho (i), por lo que se restablece la alineación de los niveles y la corriente fluye de nuevo. Por otro lado, un voltaje negativo crea una asimetría (j) aún mayor y conduce a una corriente muy baja. En circunstancias secas, la simetría de la molécula no se rompe y el comportamiento del diodo desaparece.
Principio
"Todo el principio se basa en la simetría, por lo que no se aplica exclusivamente al agua, ", dice Van der Molen." En teoría, este concepto también funciona con el alcohol o los gases tóxicos, por ejemplo. "Esto significa que el descubrimiento no solo se relaciona con la medición de la humedad en el aire. Si los científicos encuentran una molécula adecuada en el futuro que consta de dos mitades simétricas, al igual que 2-Ru-N, "el principio también habilita otros sensores, como una prueba de alcohol molecular o un detector de monóxido de carbono.
