Cientistas propõem fazer elementos de microchips do tamanho de uma molécula

Hoje, a eletrônica de silício quase atingiu o limite da miniaturização. A utilização de compostos orgânicos permite potencialmente criar elementos de microchips do tamanho de uma molécula.

Cientistas russos da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI desenvolvem pesquisas ativas nesta esfera. Há pouco, eles modularam mudanças de estado excitado da molécula de um semicondutor orgânico. Os resultados deste trabalho são publicados no Journal of Physical Chemistry.

A eletrônica orgânica é considerada uma área promissora por duas razões. Primeiro, as matérias-primas para a síntese orgânica são bastante acessíveis. Segundo, a utilização de materiais orgânicos permite tornar os elementos dos microchips do tamanho de uma molécula, o que os aproxima das estruturas intracelulares dos seres vivos.

O desenho controlado, ou modelação, de moléculas orgânicas e materiais funcionais para a eletrônica orgânica é uma orientação científica prometedora. Os cientistas russos generalizam a experiência mundial existente e se dedicam a este tipo de modelação.

“Nosso grupo está envolvido na modelação preditiva de propriedades de materiais para a eletrônica orgânica, ou seja concretamente para os díodos orgânicos emissores de luz (OLED, em inglês). Quando o OLED é usado, os elétrons são alimentados a partir do cátodo, “buracos” que se encontram no meio do dispositivo, eles se encontram e recombinam, emitindo luz”, explica Aleksandra Freidzon, investigadora da Universidade MEPhI.

“O estado em que o elétron e o buraco estão próximos, mas não recombinados, pode existir durante bastante tempo e chama-se de excíton. Na maioria das vezes esse excíton é localizado dentro de uma única molécula”, acresenta Freidzon, uma das autoras da pesquisa, assistente da Cátedra de Física de Meios Condensados da Universidade MEPhI e investigadora do Centro de Fotoquímica da Academia de Ciências da Rússia.

Nas suas palavras, com a ajuda da transferência do excíton para moléculas vizinhas é fácil alterar a cor e a eficiência de iluminação dos OLEDs: entre camadas de tipos “n” e “p” de semicondutores orgânicos insere-se uma camada emitente de luz (geralmente também é um semicondutor) onde os elétrons se encontram com os “buracos”, se recombinam e não se “separam”.

“Estudamos o comportamento do excíton em uma molécula de um semicondutor típico de “buraco”, também usado como matriz da camada emitente. Acontece que o excíton não está localizado em toda a molécula, em algumas das suas partes, e pode migrar na molécula. Em particular, ele pode migrar sob a ação de pequenas perturbações, tal como a presença de outra molécula vizinha (por exemplo, de emitente dopante)”, comunicou Aleksndra Freidzon.

Os cientistas esclareceram o mecanismo e estimaram o tempo de migração de um excíton de uma extremidade da molécula para o outra.

“Resultou que, por uma das vias, a migração passa muito rapidamente, em escala de picosegundos, com a ajuda de certas perturbações intramoleculares“, diz cientista.

Como consideram os autores, agora tornou-se possível determinar como este processo é afetado pela presença de outras moléculas e propor modificações na molécula original, para tornar o processo de transferência de energia de excitação para a molécula do emissor o mais eficaz possível.

Estes princípios caraterizam o processo de modelação virtual de materiais funcionais: os cientistas destacam a função principal do material e estruturam um modelo do processo subjacente a esta função, para determinar os principais fatores que influem na eficácia do processo e para propor novas modificações do material.

Os cientistas apontam que eles se encontram na primeira etapa de compreensão do processo de migração do excíton em semicondutores orgânicos. Logo eles poderão recomendar modificações de moléculas que se utilizam em matrizes de camadas emissoras de OLED.

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