Los materiales orgánicos a menudo tienen un costo de producción más bajo que los conductores eléctricos tradicionales como metales y semiconductores. Sin embargo, no todos los sistemas orgánicos conducen bien la electricidad. Una clase de materiales orgánicos conocidos como compuestos antiaromáticos, con anillos planos de átomos de carbono que comparten una serie deSe ha predicho que los electrones que son múltiplos de 4 son excelentes conductores, pero esta predicción ha sido difícil de verificar ya que las moléculas antiaromáticas suelen ser inestables. Ahora, Shintaro Fujii y Manabu Kiguchi del Instituto de Tecnología de Tokio y sus colegas han realizado unaestudio sistemático del transporte de carga en una sola molécula antiaromática estable. En comparación con una molécula aromática estructuralmente relacionada donde los anillos de carbono comparten dos electrones adicionales, su conductancia eléctrica récord es un orden de magnitud mayor.
Los investigadores estudiaron un complejo de níquel a base de norcorrol, Ni nor, que es antiaromático pero estable, y un complejo de níquel a base de porfirina aromático estructuralmente similar, Ni porph. Midieron las conductividades de los dos compuestos pormedios de la técnica de microscopía de ruptura y unión de túnel de exploración; en tal configuración, la corriente a través de una sola molécula intercalada entre dos partes de una unión rota se mide en función del voltaje aplicado. Con una conductancia de más de 4x10 -4 conductancia quanta, Ni nor es el complejo organometálico más conductivo conocido. Se descubrió que el Ni porph tiene un valor aproximadamente 25 veces menor, un resultado que confirma la conductividad superior de las moléculas antiaromáticas. Mediante cálculos teóricos de las moléculas electrónicasEstructura y propiedad de transporte de carga, los científicos pudieron identificar el origen de la conductancia mejorada con antiaromaticidad: para Ni ni, el orbital molecular más bajo desocupado se encuentra más cerca del nivel de Fermi la cantidad de trabajo necesaria para agregar un electrón alsistema que para Ni porph.
Fujii y sus colegas también lograron demostrar la capacidad de sintonización de la conductancia de una sola molécula de Ni nor. Mediante la aplicación de una técnica conocida como activación electroquímica, que permite controlar los niveles de energía molecular en relación con el nivel de Fermi de los electrodos de fuente y drenaje de la unión de una sola molécula al variar un potencial electroquímico aplicado, los investigadores demostraron una modulación de 5 veces de la conductancia de Ni ni.
Los hallazgos de Fujii y sus colegas muestran que los materiales antiaromáticos son sistemas prometedores de bajo costo que exhiben una alta conductancia eléctrica. En palabras de los investigadores, su estudio "proporciona pautas relevantes para el diseño de materiales moleculares para electrónica de molécula única altamente conductora.
Aromaticidad y antiaromaticidad
Las moléculas orgánicas se denominan aromáticas cuando presentan un anillo plano de átomos de carbono con enlaces de resonancia, un tipo de enlace intermedio entre un enlace simple y uno doble, lo que resulta en una alta estabilidad química es decir, baja reactividad. La molécula arquetípica aromáticaes benceno, C6H6, con un anillo aromático hexagonal de átomos de carbono. El número de electrones llamados electrones π compartidos por el anillo es siempre un múltiplo de 4 más 2 para benceno, por ejemplo, es 6, unpropiedad conocida como la regla de Hückel.
La antiaromaticidad es una propiedad similar: un anillo de carbono plano, pero con una cantidad de electrones π que es un múltiplo de 4 para el ciclobutadieno, por ejemplo, es 4. Tal situación da como resultado una inestabilidad química.
Fujii y sus colegas trabajaron con un complejo estable a base de níquel que presenta un resto antiaromático. En comparación con un complejo similar con un resto aromático, su conductancia es un orden de magnitud mayor, lo que confirma la predicción anterior de que las moléculas antiaromáticas son excelentes conductores eléctricos.
Conductancia
La forma en que un material conduce la electricidad se expresa a través de una cantidad llamada conductancia eléctrica, G. Es el inverso de la resistencia eléctrica, R = 1 / G. La conductancia se define como la relación de la corriente I que atraviesa el material o,en el presente trabajo, una sola molécula y el voltaje V a través de ella. La unidad de conductancia es el siemens, S, pero los valores de conductancia a menudo se dan con respecto a la conductancia cuántica, G0≈ 7.7 x 10-5 S.
Fujii y sus colegas obtuvieron valores de la conductancia para complejos antiaromáticos y aromáticos basados en níquel al medir sus características de voltaje de corriente IV en una configuración de microscopía de túnel de exploración STM.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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