La autora principal, estudiante de doctorado de FLEET, Marina Castelli (Monash), examina muestras en un microscopio de efecto túnel (STM). Crédito:Universidad de Monash
¿Podrían las interacciones a larga distancia entre moléculas individuales forjar una nueva forma de calcular?
Las interacciones entre moléculas individuales en una superficie metálica se extienden a distancias sorprendentemente grandes, hasta varios nanómetros.
Un nuevo estudio de publicación reciente, de la forma cambiante de los estados electrónicos inducidos por estas interacciones, tiene una posible aplicación futura en el uso de moléculas como unidades direccionables individualmente.
Por ejemplo, en una computadora futura basada en esta tecnología, el estado de cada molécula individual podría controlarse, Reflejando el funcionamiento binario de los transistores en la informática actual.
Medición de interacciones moleculares socialmente distantes en una superficie metálica
La colaboración entre Monash y la Universidad de Melbourne estudió las propiedades electrónicas de la ftalocianina de magnesio (MgPc) rociada sobre una superficie metálica.
MgPc es similar a la clorofila responsable de la fotosíntesis.
Por cuidado, mediciones de microscopía de sonda de barrido atómicamente precisas, Los investigadores demostraron que las propiedades mecánicas cuánticas de los electrones dentro de las moléculas, es decir, su energía y distribución espacial, se ven significativamente afectadas por la presencia de moléculas vecinas.
Moléculas de MgPc simples y apareadas. Si bien la estructura molecular no se ve afectada por la presencia de la molécula vecina (imágenes de microscopía de fuerza atómica, cima), distribución de electrones (barrido de mapas de espectroscopia de tunelización, inferior) está significativamente alterado. Crédito: Pequeña
Este efecto, en el que la superficie metálica subyacente juega un papel clave, se observa para distancias de separación intermolecular de varios nanómetros. significativamente mayor de lo esperado para este tipo de interacción intermolecular.
Se espera que estos conocimientos informen e impulsen el progreso en el desarrollo de tecnologías electrónicas y optoelectrónicas de estado sólido construidas a partir de moléculas. Materiales 2-D e interfaces híbridas.
Observación directa de cambios en la simetría y energía de los orbitales moleculares.
El ligando de ftalocianina (Pc) 'trébol de cuatro hojas', cuando está decorado con un átomo de magnesio (Mg) en su centro, es parte del pigmento de clorofila responsable de la fotosíntesis en los organismos biológicos.
Las ftalocianinas metálicas son ejemplares por la capacidad de sintonización de sus propiedades electrónicas al intercambiar el átomo metálico central y los grupos funcionales periféricos, y su capacidad para autoensamblarse en nanoestructuras y capas únicas altamente ordenadas.
Las medidas de microscopía de sonda de barrido de última generación revelaron una interacción sorprendentemente de largo alcance entre las moléculas de MgPc adsorbidas en una superficie metálica.
El análisis cuantitativo de los resultados experimentales y el modelado teórico mostró que esta interacción se debió a la mezcla entre los orbitales de la mecánica cuántica, que determinan la distribución espacial de los electrones dentro de la molécula, de las moléculas vecinas. Esta mezcla de orbitales moleculares conduce a cambios significativos en las energías de los electrones y en las simetrías de distribución de electrones.
La distintiva ftalocianina de hoja de trébol (Pc), cuando está decorado con un átomo de magnesio (Mg) en su centro, es parte del pigmento de clorofila responsable de la fotosíntesis en los organismos biológicos. Crédito:imagen AFM
El largo alcance de la interacción intermolecular es el resultado de la adsorción de la molécula en la superficie del metal, que "extiende" la distribución de los electrones de la molécula.
"Tuvimos que llevar nuestro microscopio de sonda de barrido a nuevos límites en términos de resolución espacial y complejidad de la adquisición y análisis de datos". "dice la autora principal y miembro de FLEET, la Dra. Marina Castelli.
"Fue un gran cambio de pensamiento cuantificar la interacción intermolecular desde el punto de vista de las simetrías de la distribución espacial de los electrones, en lugar de los típicos cambios espectroscópicos de energía, que puede ser más sutil y engañoso. Esta fue la información clave que nos llevó a la línea de meta. y también por qué pensamos que este efecto no se observó anteriormente ".
"En tono rimbombante, la excelente concordancia cuantitativa entre el experimento y la teoría atomística de DFT confirmó la presencia de interacciones de largo alcance, dándonos una gran confianza en nuestras conclusiones, "dice el colaborador Dr. Muhammad Usman de la Universidad de Melbourne.
Los resultados de este estudio pueden tener grandes implicaciones en el desarrollo de futuras tecnologías electrónicas y optoelectrónicas de estado sólido basadas en moléculas orgánicas. Materiales 2-D e interfaces híbridas.
