Encontrar formas de transportar carga de manera eficiente ha sido un problema clave para los investigadores que buscan diseñar circuitos a escala molecular. La búsqueda de cables moleculares largos que puedan transportar carga con máxima eficiencia a lo largo de muchos nanómetros ha sido uno de los principales objetivos de la electrónica molecular desde sus inicios
La conductancia de una sola molécula normalmente decae con la longitud. Estudios anteriores sobre moléculas con conjugación π generalmente han mostrado una disminución exponencial en la conductancia a medida que aumenta la longitud de una molécula.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Edmund Leary, de la Fundación IMDEA de Nanociencia de Madrid (España), y Harry Anderson, de la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha desarrollado un tipo de cable molecular que puede transportar carga perfectamente a distancias de hasta 7,1 nm. Los cables están formados por cadenas de anillos de porfirina triplemente fusionados entre sí. Esto permite una deslocalización altamente eficiente de electrones y da como resultado una brecha de energía extremadamente baja entre el orbital molecular ocupado más alto de las moléculas y el orbital molecular desocupado más bajo.
Los científicos han estudiado varios compuestos de la familia de las cintas de porfirina. La conductancia de baja polarización es alta en toda la serie. Cargar las moléculas in situ da como resultado una realineación espectacular de los orbitales frontera, lo que aumenta la conductancia a 1 G0. Este comportamiento es más pronunciado en las moléculas más largas debido a sus espacios HOMO-LUMO más pequeños.
Las cadenas de moléculas de porfirina fusionadas son capaces de transmitir carga a distancias de varios nanómetros con conductancia «perfecta». Estas nanocintas de porfirina podrían formar la base de circuitos electrónicos construidos a escala molecular.
Los autores creen que su trabajo sienta las bases para cables moleculares largos, perfectamente transmisivos y con potencial tecnológico. El equipo ahora planea explorar los límites del excepcional transporte de carga de los nanocables y aprender a manipularlo.
Referencias
- Jie-Ren Deng, M. Teresa González, He Zhu, Harry L. Anderson, and Edmund Leary. Journal of the American Chemical Society 2024 146 (6), 3651-3659. DOI: 10.1021/jacs.3c07734
- Transporte balístico en hilos moleculares largos: nano-cintas de porfirina (imdea.org)
