Tunelamento coerente de longo alcance em moléculas adsorvidas fisicamente

O transporte de carga em sistemas moleculares é governado por uma série de interações quânticas entre moléculas e portadores de carga, as quais resultam em um vasto conjunto de fenômenos físicos e químicos. O controle preciso de cada um destes fenômenos é um dos principais desafios em aberto relacionados à fabricação de dispositivos inovadores na nanoescala.

Os mecanismos de transporte de carga predominantemente observados em sistemas moleculares são o tunelamento direto, através de barreiras de 1-10 nm, e a condução por hopping (saltos) através de barreiras mais espessas. A transição contínua de um mecanismo para o outro como função da distância, entretanto, vinha sendo reportada apenas para conjuntos moleculares adsorvidos quimicamente aos eletrodos. Para os conjuntos moleculares elementares, formados por pequenos núcleos moleculares adsorvidos fisicamente, muito utilizados pela eletrônica orgânica, tal transição permanecia inexplorada até então.

No trabalho "Long-range coherent tunneling in physisorbed molecular ensembles", Leandro Mercês, Rafael F. de Oliveira, Davi H. S. de Camargo e Carlos C. B. Bufon investigam minuciosamente tal transição, reportando a primeira evidência experimental de tunelamento sequencial coerente em moléculas fisicamente adsorvidas. Para tanto, junções moleculares baseadas em nanomembranas foram utilizadas, permitindo o estudo sistemático de ensembles moleculares com larguras de barreira variando entre 5 e 60 nm. Como vem sendo observado para sistemas em que há adsorção química, a junção molecular baseada em nanomembrana, mostrada em detalhe no interior da Figura 2, exibe uma transição gradual de tunelamento coerente para regimes termicamente ativados (Figura 2) no intervalo de 10 a 22 nm.

“O destaque da capa – salientam os autores – se deu pelo fato de que o trabalho estabelece uma sólida conexão entre efeitos quânticos do transporte de carga e fenômenos difusivos de condução, algo inédito até então para a classe elementar de moléculas orgânicas fisicamente adsorvidas.” Ainda, a plataforma por eles utilizada, de junção molecular baseada em nanomembrana, tem se tornado cada vez mais conhecida pela sua robustez e também pela possibilidade de completa integração aos métodos convencionais de fabricação para a eletrônica.

O JPC é um jornal científico tradicional em ambas as áreas da Física e Química, com 120 anos de história. O critério essencial para figurar entre suas páginas é de que a pesquisa reportada apresente abordagens físicas inovadoras. Ter um trabalho evidenciado em sua capa é uma verdadeira injeção de ânimo frente às recentes notícias sobre o descaso com a Ciência no Brasil. O trabalho desta reportagem foi integralmente conduzido no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), nas dependências dos laboratórios do grupo de Sistemas e Dispositivos Funcionais (DSF). Os autores agradecem ao LNNano/CNPEM, ao LCS, à CAPES, ao SISNANO e à FAPESP (2014/ 25979-2) pelas condições de realização do trabalho. Para maiores informações, consultar o trabalho completo através do doi: 10.1021/acs.jpcc.7b02528