IBM pioneira em retratar
“anatomia” da molécula

Estudo de cientistas dos laboratórios de Zurich publicado na revista «Science»

Investigadores IBM: Nikolaj Moll, Reto Schlittler, Gerhard Meyer, Fabian Mohn e Leo Gross

Cientistas da IBM conseguiram retratar a “anatomia” ou estrutura química da molécula individual com uma resolução sem precedentes, utilizando um microscópio de força atómica (AFM). Este resultado representa um marco histórico na microscopia de superfície e possibilita avanços na pesquisa de blocos electrónicos construtores na escala atómica e molecular.

Nos últimos anos, tem-se verificado um progresso impressionante na caracterização de nanoestruturas da escala atómica com AFM. No entanto, nunca antes tinha sido possível obter uma imagem da estrutura química de uma molécula inteira com resolução atómica.

Como referido na edição de Agosto da revista «Science», os investigadores dos laboratórios de Zurich da IBM, Leo Gross, Fabian Mohn, Nikolaj Moll e Gerhard Meyer, em colaboração com Peter Liljeroth da Universidade Utrecht, utilizaram um AFM operado com níveis elevados de vácuo e a temperaturas muito baixas (- 268º C) para conseguirem a imagem da estrutura química de moléculas individuais de pentaceno.

Anatomia do pentaceno

A actual publicação da equipa surge no seguimento de uma outra experiência publicada dois meses antes na edição de Junho da revista científica, demonstrando a determinação dos estados de bateria atómica com o AFM.
“O scanning sonda as técnicas que oferecem o potencial fantástico para construir protótipos de estruturas funcionais complexas e para customizar e estudar as suas propriedades electrónicas e químicas na escala atómica”, afirma Gerhard Meyer, líder das pesquisas com Microscopia de Efeito de Túnel (STM) e o AFM nos laboratórios de Pesquisa da IBM, em Zurich.

Ambos os resultados abrirão novas possibilidades para investigar a propagação das cargas através das redes de moléculas. No geral, o entendimento da distribuição da carga será essencial para construir os elementos de computação a uma escala atómica – que contribuem para instrumentalizar e interconectar, de acordo com a perspectiva da IBM em conseguir uma planeta mais inteligente, ráido e energeticamente eficiente.

Ponta que definiu a escala

O AFM utiliza uma ponta de metal afiada para medir as mais pequenas forças entre a ponta e a amostra, tais como a molécula, para criar uma imagem. Nas actuais experiências, a molécula investigada foi o pentaceno. O pentaceno é uma molécula orgânica alongada, composta por 22 átomos de carbono e 14 átomos de hidrogénio com 1,4 nanómetros de comprimento.

Topografia das forças exercidas pelo pentaceno

O espaço entre os átomos de carbono vizinhos é de apenas 0,14 nanómetros – aproximadamente meio milhão de vezes mais pequeno que o diâmetro de um cabelo humano. Na imagem experimental, as formas hexagonais dos cinco anéis de carbono, assim como os átomos de carbono da molécula estão claramente definidas.

Para isso, os cientistas da IBM tiveram de aumentar a sensibilidade da ponta e ultrapassar uma limitação maior: à semelhança de dois ímans que se atraem ou afastam, as moléculas seriam facilmente substituídas ou anexadas à ponta quando esta se aproximasse – impedindo assim novas medições.

Além disso, os investigadores conseguiram ainda obter um mapa completo e tridimensional da molécula investigada. “Para conseguir isto o microscópio precisava de estar altamente estável, tanto mecânica como termalmente, para assegurar que tanto a ponta do AFM como a molécula permaneceriam inalteradas durante mais de 20 horas da aquisição da informação”, afirma Fabian Mohn, actualmente a desenvolver o seu doutoramento nos laboratórios de Zurich da IBM.

Para corroborar as descobertas experimentais e compreender melhor a natureza do mecanismo de imagem, Nikolaj Moll, da IBM, realizou os princípios das teorias do cálculo de densidade funcional do sistema.

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