Cientistas do Departamento de Química Física do Instituto Fritz Haber fizeram uma descoberta inovadora em optoeletrônica em nanoescala. O estudo, publicado no periódico Nature Communications e intitulado "Atomic-Precision Control of Plasmon-Induced Single-Molecule Switching in a Metal–Semiconductor Nanojunction", apresenta um método para obter controle sem precedentes sobre fotosswitching de molécula única. Esse avanço pode transformar o futuro da tecnologia de nanodispositivos.

A optoeletrônica em nanoescala é um campo de rápido avanço focado no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e fotônicos em escala nanométrica. Esses minúsculos dispositivos têm o potencial de revolucionar a tecnologia, tornando os componentes mais rápidos, menores e mais eficientes em termos de energia.

Alcançar controle preciso sobre fotorreações no nível atômico é crucial para miniaturizar e otimizar esses dispositivos. Plasmons de superfície localizados (LSPs), que são ondas de luz geradas em superfícies de materiais em nanoescala, surgiram como ferramentas poderosas neste domínio, capazes de confinar e aumentar campos eletromagnéticos. Até agora, a aplicação de LSPs tem sido limitada principalmente a estruturas metálicas, o que a equipe previu que poderia restringir a miniaturização da optoeletrônica.

A nova pesquisa se concentra no uso de LSPs para atingir o controle de nível atômico de reações químicas. Uma equipe estendeu com sucesso a funcionalidade de LSPs para plataformas semicondutoras. Ao usar uma ponta plasmon-ressonante em um microscópio de tunelamento de varredura de baixa temperatura, eles permitiram a elevação e a queda reversíveis de moléculas orgânicas únicas em uma superfície de silício.

O LSP na ponta induz a quebra e a formação de ligações químicas específicas entre a molécula e o silício, resultando na comutação reversível. A taxa de comutação pode ser ajustada pela posição da ponta com precisão excepcional de até 0,01 nanômetro. Essa manipulação precisa permite mudanças reversíveis entre duas configurações moleculares diferentes.

Um aspecto-chave adicional dessa descoberta é a capacidade de ajuste da função optoeletrônica por meio de modificação molecular em nível atômico . A equipe confirmou que a fotosseleção é inibida para outra molécula orgânica, na qual apenas um átomo de oxigênio não ligado ao silício é substituído por um átomo de nitrogênio. Essa adaptação química é essencial para ajustar as propriedades de dispositivos optoeletrônicos de molécula única, permitindo o design de componentes com funcionalidades específicas e abrindo caminho para sistemas nano-optoeletrônicos mais eficientes e adaptáveis.

Esta pesquisa aborda um obstáculo crítico no avanço de dispositivos em nanoescala ao oferecer um método para controlar precisamente a dinâmica de reações de moléculas únicas. Além disso, as descobertas sugerem que as nanojunções metal–molécula única–semicondutor podem servir como plataformas versáteis para nano-optoeletrônica de próxima geração.

Isso poderia permitir um progresso significativo nos campos de sensores, diodos emissores de luz e células fotovoltaicas. A manipulação precisa de moléculas únicas sob luz poderia impactar significativamente o desenvolvimento dessas tecnologias, fornecendo capacidades mais amplas e flexibilidade no design de dispositivos.