Eletrnica
Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/09/2025
Uma nanofita de grafeno conecta molculas de porfirina – cada uma com um centro metlico (vermelho) – como um cordo molecular de luzes de Natal. Os tomos metlicos so mantidos no lugar por quatro tomos de nitrognio (azul) dentro do ncleo de porfirina.
[Imagem: Empa]
Vida alm da eletrnica
Uma equipe da Alemanha e da Sua conseguiu pela primeira vez criar uma arquitetura que conecta metais a molculas essenciais para a qumica orgnica, incluindo a vida. E o mais interessante que so molculas prticas para a chamada eletrnica orgnica, ou eletrnica de plstico.
A qumica orgnica, a qumica dos compostos de carbono, a base de toda a vida na Terra, mas os metais tambm desempenham um papel fundamental em muitos processos bioqumicos. Quando se trata de “casar” tomos grandes e pesados de metais com compostos orgnicos, que so mais leves, a natureza frequentemente se baseia em um grupo especfico de estruturas qumicas: as porfirinas.
As porfirinas formam um anel orgnico, alojando em seu centro ons metlicos individuais, como ferro, cobalto ou magnsio. Essas molculas formam a base da hemoglobina no sangue humano, da clorofila fotossinttica nas plantas e de inmeras enzimas.
Para que componentes eletrnicos – incluindo os futuros componentes eletrnicos moleculares – funcionem, eles precisam estar conectados uns aos outros. Como conectar molculas orgnicas individuais no uma tarefa fcil, Feifei Xiang e seus colegas desenvolveram uma tcnica para explorar a flexibilidade e as funcionalidades das porfirinas, e eles fizeram isso conectando as porfirinas a uma nanofita de grafeno de uma maneira perfeitamente precisa e bem definida.
Preciso mxima: A tcnica permite sintetizar a estrutura molecular com preciso atmica (Em cima: microscopia de tunelamento de varredura; embaixo: microscopia de fora atmica sem contato).
[Imagem: Empa]
Duplo magnetismo e tecnologias qunticas
Os resultados foram ainda melhores do que se esperava.
“Nossa fita de grafeno apresenta um tipo especial de magnetismo graas sua borda em zigue-zague,” explicou Xiang, atualmente no Laboratrio Federal Suo de Cincia e Tecnologia de Materiais (EMPA). Os tomos metlicos nas molculas de porfirina, por sua vez, so magnticos de uma forma mais convencional.
A chave para a convivncia desses dois tipos de magnetismo est nos eltrons que fornecem o spin responsvel pelo magnetismo. Enquanto os eltrons portadores de spin no centro metlico permanecem localizados no tomo metlico, os eltrons correspondentes na fita de grafeno se espalham por ambas as bordas. “Graas ao acoplamento das porfirinas estrutura do grafeno, conseguimos combinar e conectar os dois tipos de magnetismo em um nico sistema,” explicou Oliver Groning, do Instituto Max Planck de Pesquisa de Polmeros.
Essa combinao de magnetismos abre muitas portas no campo da eletrnica molecular – mas vai muito alm disso – porque a fita de grafeno serve como condutor eltrico e magntico, uma espcie de cabo multifuncional, em nanoescala, entre as molculas de porfirina.
Alm da eletrnica, o magnetismo correlacionado dessas nanofitas de grafeno particularmente promissor para aplicaes em spintrnica e em tecnologias qunticas, onde o spin subjacente ao magnetismo atua como um transportador de informaes. “Nossa fita de grafeno com as porfirinas poder funcionar como uma srie de qubits interconectados,” disse o professor Roman Fasel, cuja equipe vem trabalhando na construo de cadeias de qubits e mesmo em uma tecnologia quntica baseada no carbono.
Diferentes metais geram diferentes efeitos no material.
[Imagem: Feifei Xiang et al. – 10.1038/s41557-025-01887-9]
Emisso de luz e sensores qumicos
Mas isso no tudo: As porfirinas tambm so pigmentos naturais, como observado em molculas da vida, como a clorofila e a hemoglobina.
Para os cientistas de materiais, isso significa que os centros de porfirina so opticamente ativos. E a ptica uma forma importante de interagir com as propriedades eletrnicas e magnticas das cadeias moleculares. Por exemplo, as porfirinas podem emitir luz cujo comprimento de onda muda com o estado magntico de todo o sistema molecular, uma espcie de sequncia molecular de luzes, onde a informao pode ser lida por mudanas sutis na cor.
O processo inverso tambm possvel: As porfirinas podem ser excitadas pela luz, influenciando assim a condutividade e o magnetismo da estrutura de grafeno, criando molculas polivalentes que funcionem como sensores qumicos.
“Nosso sistema uma caixa de ferramentas que pode ser usada para ajustar diferentes propriedades,” disse Fasel, anunciando que sua equipe agora planeja explorar diferentes centros metlicos dentro das porfirinas e investigar os efeitos de cada um, alm de ampliar a estrutura da fita de grafeno, dando ao seu sistema molecular uma base eletrnica ainda mais verstil.
Bibliografia:
Artigo: Zigzag graphene nanoribbons with periodic porphyrin edge extensions
Autores: Feifei Xiang, Yanwei Gu, Amogh Kinikar, Nicol Bassi, Andres Ortega-Guerrero, Zijie Qiu, Oliver Grning, Pascal Ruffieux, Carlo A. Pignedoli, Klaus Mllen, Roman Fasel
Revista: Nature Chemistry
DOI: 10.1038/s41557-025-01887-9
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