Un estudio experimental de la Universidad de Monash ha fabricado un autoensamblado, nanofilm a base de carbono donde el estado de carga (es decir, electrónicamente neutra o positiva) se puede controlar a nivel de moléculas individuales, en una escala de longitud de alrededor de un nanómetro.

La nanofilm atómicamente delgada consiste en una matriz ordenada bidimensional (2-D) de moléculas que se comportan como entidades "de dimensión cero" llamadas puntos cuánticos (QD).

Este sistema tiene implicaciones interesantes para campos como la memoria de la computadora, dispositivos emisores de luz y computación cuántica.

El estudio de la Escuela de Física y Astronomía muestra que un solo componente, La matriz 2-D autoensamblada de la molécula orgánica (basada en carbono) dicianoantraceno se puede sintetizar en un metal, de modo que el estado de carga de cada molécula se pueda controlar individualmente mediante un campo eléctrico aplicado.

"Este descubrimiento permitiría la fabricación de matrices 2-D de puntos cuánticos direccionables individualmente (conmutables) desde abajo hacia arriba, mediante autoensamblaje, dice el autor principal Dhaneesh Kumar.

"Podríamos lograr densidades decenas de veces mayores que las de última generación, sistemas inorgánicos sintetizados de arriba hacia abajo ".

Puntos cuánticos:diminutos, centrales eléctricas "de dimensión cero"

Los puntos cuánticos son extremadamente pequeños, alrededor de un nanómetro de ancho (es decir, una millonésima de milímetro).

Debido a que su tamaño es similar a la longitud de onda de los electrones, sus propiedades electrónicas son radicalmente diferentes a las de los materiales convencionales.

En puntos cuánticos, el movimiento de los electrones está limitado por esta escala extremadamente pequeña, resultando en niveles discretos de energía cuántica electrónica.

Efectivamente, se comportan como objetos de "dimensión cero" (0D), donde el grado de ocupación (lleno o vacío) de sus estados electrónicos cuantificados determina la carga (en este estudio, neutral o negativo) del punto cuántico.

Las matrices ordenadas de puntos cuánticos controlables por carga pueden encontrar aplicación en la memoria informática, así como en dispositivos emisores de luz (p. Ej., televisores de bajo consumo o pantallas de teléfonos inteligentes).

Las matrices de puntos cuánticos se sintetizan convencionalmente a partir de materiales inorgánicos mediante enfoques de fabricación de arriba hacia abajo. Sin embargo, utilizando estos enfoques "de arriba hacia abajo", Puede ser un desafío lograr matrices con grandes densidades y alta homogeneidad (en términos de tamaño y espaciado de puntos cuánticos).

Debido a su capacidad de sintonización y autoensamblaje, El uso de moléculas orgánicas (basadas en carbono) como bloques de construcción de tamaño nanométrico puede ser particularmente útil para la fabricación de nanomateriales funcionales. en particular conjuntos escalables bien definidos de puntos cuánticos.

El estudio

Los investigadores sintetizaron un monocomponente, matriz bidimensional autoensamblada de la molécula orgánica dicianoantraceno (DCA) sobre una superficie metálica.

El estudio fue dirigido por la Facultad de Ciencias de la Universidad de Monash, con el apoyo teórico de la Facultad de Ingeniería de Monash.

Estas propiedades estructurales y electrónicas a escala atómica de esta matriz a nanoescala se estudiaron experimentalmente mediante microscopía de túnel de barrido a baja temperatura (STM) y microscopía de fuerza atómica (AFM) (Escuela de Física y Astronomía, bajo el Dr. Agustín Schiffrin). Los estudios teóricos que utilizan la teoría funcional de la densidad respaldaron los hallazgos experimentales (Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, bajo A / Prof Nikhil Medhekar).

Los investigadores encontraron que la carga de moléculas de DCA individuales en la matriz 2-D autoensamblada se puede controlar (cambiar de neutral a negativo y viceversa) mediante un campo eléctrico aplicado. Este control del campo eléctrico del estado de carga está habilitado por una barrera de efecto túnel entre la molécula y la superficie (resultante de interacciones limitadas entre metal y adsorbato) y una afinidad de electrones DCA significativa.

Sutil, Se encontró que las variaciones dependientes del sitio de la geometría de adsorción molecular dan lugar a variaciones significativas en la susceptibilidad a la carga inducida por campos eléctricos.

"Control de campo eléctrico del estado de carga molecular en un nanoarray orgánico 2-D de un solo componente" se publicó en ACS Nano .