Anel de carbono inovador pode ter um impacto enorme na eletrônica molecular

O carbono pode ser comum no grande esquema de elementos em nosso universo, mas algumas de suas formas são muito mais raras que outras – algo que a IBM Research adotou como um desafio que poderia agitar os eletrônicos futuros. Uma equipe de lá, em colaboração com a Universidade de Oxford, criou o chamado anel de ciclocarboneto pela primeira vez.

Os átomos de carbono normalmente se ligam a três ou quatro de seus vizinhos, pelo menos nas formas mais comuns que encontramos. Na grafite, por exemplo, cada átomo de carbono se liga a outros três átomos de carbono. Nos diamantes, os átomos de carbono se ligam a outros quatro.

Os ciclocarbonetos, no entanto, reduzem esses pares para dois. Dessa forma, eles fazem uma estrutura em anel. Embora tenham sido teoricamente entendidos há anos, por causa de seu alto nível de reatividade – sua tendência a se vincular a outro átomo e romper o anel – eles se mostraram impossíveis de isolar.

Três anos atrás, os pesquisadores tentaram mudar isso. Eles usaram uma superfície inerte na qual cultivar um anel de ciclocarboneto a temperaturas muito baixas, depois usaram a microscopia de força atômica (AFM) para visualizá-lo. Mesmo assim, porém, não era um processo fácil.

A equipe da IBM Research e University of Oxford começou com uma camada de sal de mesa, que é relativamente inerte, sobre um substrato de cobre. Por causa dessa relutância em reagir, a venda não formaria ligações covalentes com átomos de carbono colocados por cima. Primeiro, a equipe fez segmentos lineares e, em seguida, construiu um anel composto por dezoito átomos de carbono estabilizado com seis grupos de monóxido de carbono.

Depois disso, tratava-se de remover cuidadosamente o monóxido de carbono e esperar que os átomos de carbono ficassem ligados mesmo sem o andaime. Aplicando pulsos de tensão na ponta de um AFM, os grupos de monóxido de carbono podem ser removidos em pares.

Enquanto a superfície do substrato foi mantida fria – 5 Kelvin, ou cerca de -450 graus Fahrenheit – o anel de ciclocarbono mostrou-se estável o suficiente para ser investigado. Isso permitiu que os pesquisadores resolvessem uma das questões remanescentes sobre a formação: se o anel seria formado inteiramente por ligações duplas ou alternando ligações simples e triplas. Acontece que o último é verdadeiro.

Não é apenas a teoria que está sendo resolvida, no entanto. Demonstrando. Como a manipulação de átomos pode fundir ciclocarbonetos e óxidos de carbono cíclicos, os pesquisadores sugerem que toda uma série de moléculas ricas em carbono e outras formas poderão ser criadas no futuro.

Isso potencialmente abre o caminho para a eletrônica molecular, onde as moléculas são usadas para criar componentes eletrônicos, mas em escalas muito menores do que os circuitos de silício tradicionais. Dessa forma, novos computadores que violam a Lei de Moore usando a nanotecnologia para fabricar eletrônicos individualmente podem um dia ser não apenas viáveis, mas práticos.