Eletrônica molecular: diferenças entre revisões

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Durante muitos anos, a miniaturização esteve presente na eletrônica. Cada vez mais, diminuíram-se as dimensões dos aparelhos ao mesmo tempo em que se aumentou a capacidade de processamento. Entramos nas dimensões da microeletrônica, com o uso da [[Mecânica Quântica]] nos resistores e diodos, por exemplo, e a possibilidade de circuitos muito pequenos, os [[circuitos integrados]] fez com que fossem substituídas as válvulas (vidros com vácuo e eletrodos no interior), que eram de grandes dimensões, quando comparados aos circuitos integrados, esquentavam muito e eram de difícil manuseio. Os circuitos integrados exploram propriedades de semicondutores como Germânio e Óxido de Silício, para uso como [[resistores]], [[capacitores]], para isolamento, numa pequena superfície, realizando o processo de miniaturização. Este processo de miniaturização apresenta uma tendência aparente, observada por [[Gordon Moore]], co-fundador da [[Intel]], conhecida como [[Lei de Moore]], que sugere que a cada 18 meses, o número de transistores num circuito integrado dobra. Aparentemente, essa Lei poderia perder valor com as limitações na miniaturização da microeletrônica. Nesse caso, a evolução na miniaturização se encontra na escala do nano. Nessa escala, encontram-se átomos, moléculas e macromoléculas. Por isso, conhecemos essa nova eletrônica como '''Eletrônica Molecular''', ou, '''Moletrônica'''. E essa nova fase vai permitir o desenvolvimento de computadores e dispositivos eletrônicos mais potentes, talvez superando a previsão de Moore para o processamento.
 
Os dispositivos eletrônicos tradicionais enfrentam dificuldades no caminho em direção à miniaturização. Com a diminuição das dimensões dos dispositivos, o número de átomos para a dopagem diminui tanto que se este número se torna algo da ordem de alguns átomos e a distribuição estatística dos átomos traz variações bruscas de voltagens entre diferentes regiões do dispositivo. Também são enfrentados problemas com efeitos quânticos (Efeito Avalanche ou Avalanche ''Breakdown'', Tunelamento, entre outros <ref name="01primeira">Xiao-Hong Zhang, Benoit Domercq, Bernard Kippelen – High-performance and electrically stable C60 organic field-effect transistors – Applied Physics Letters – Vol.: 91, 092114</ref>) e com a dissipação de calor. <ref>Organic and Inorganic Nanoestructures – Alexei Nabok – Artech House MEMS series – Artech House,INC.</ref>. Um caminho para vencer essas limitações é começar a usar a chamada tecnologia ''bottom-up'', do pequeno para o grande, usando moléculas como dispositivos eletrônicos. As moléculas usadas na Eletrônica Molecular têm dimensões menores que o limite da Eletrônica Tradicional.
 
==Como fazer eletrônica com moléculas?==
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[[Image:Esquema_transistor.gif|frame|center|Esquema de Transistor]]
 
Um tipo especial de Transistor é são os [[FET]] (Transistores de Efeito de Campo), em particular o [[MOSFET]] (''Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor''). Uma solução para diminuir ainda mais as dimensões dos Transistores é usar os transistores com moléculas. O uso de [[Filmes Finos]] de moléculas orgânicas semicondutoras tem sido uma solução interessante. Há também o uso de um Nanotubo de Carbono, C<sub>60</sub> <ref name="01primeira">Xiao-Hong Zhang, Benoit Domercq, Bernard Kippelen – High-performance and electrically stable C60 organic field-effect transistors – Applied Physics Letters – Vol.: 91, 092114</ref> e tióis e derivados <ref>Jan Hendrik Schön, Hong Meng & Zhenan Bao - Self-assembledmonolayer organic field-effect transistors - NATURE - VOL 413 - 18 OCTOBER 2001</ref>, cujo interesse reside no fato de terem grande afinidade por superfícies de Ouro.
 
As memórias dos computadores também podem ter suas versões supramoleculares. As memórias são usadas para controle de tarefas de programas de computador e são conhecidas como voláteis por serem apenas de armazenamento temporário para a execução dos programas. Os programas dos computadores usam o binário, 1 ou 0, que, na memória, é a presença ou ausência de corrente num contato, e cada 1 ou 0 armazenado é um ''bit''. No mundo das moléculas, as memórias podem ter moléculas que mudam de alguma maneira com algum estímulo. Em <ref>Jonathan E. Green, Jang Wook Choi, Akram Boukai, Yuri Bunimovich, Ezekiel Johnston-Halperin, Erica DeIonno, Yi Luo, Bonnie A. Sheriff, Ke Xu, Young Shik Shin, Hsian-Rong Tseng, J. Fraser Stoddart, James R. Heath – A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimetre – Nature – 25 Jan 2007 – Vol.: Vol. 445, 414 – 417, referência de http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010110070207</ref>, um rotaxano foi usado como um ''bit'': quando aplicada uma voltagem, um dos ciclos se deslocava para fazer interação intermolecular com outra parte do “eixo”.
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Para esses grupos de moléculas, existe um tipo de isomeria, a [[Isomeria Topológica]] ([[topoisômeros]]). Os Catenanos são Topoisômeros de seus ciclos não conectados porque não há como formar as unidades separadas sem ter que quebrar uma ligação. Já os Rotaxanos não formam par de isômeros com as unidades separadas já que, abstratamente, as rolhas podem ser deslocadas infinitamente e o sistema se confundir com as unidades separadas. <ref>http://www.s119716185.websitehome.co.uk/home/rotcatintro.html</ref> Para a preparação desses grupos de moléculas, necessitamos do '''[[Reconhecimento Molecular]]'''. O reconhecimento molecular acontece graças às interações intermoleculares, as “interações não-ligadas”. Existem vários tipos de [[interações intermoleculares]], algumas mais fortes: Carga-Carga e Carga-Dipolo, Dipolo-Dipolo, Ligações de Hidrogênio, Interações de London, Interação <math>pi-pi</math>, Transferência de Carga. Graças a essas interações, algumas posições na livre rotação de uma ligação simples são favorecidas possibilitando a síntese de espécies como Catenanos e Rotaxanos.
 
Outra classe de moléculas muito presente nos trabalhos com Nanotecnologia em geral e com [[Química Supramolecular]], em particular, são os '''[[Fullerenos]]''', ''clusters'' aproximadamente esféricos de Carbono. O mais famoso deles é o C<sub>60</sub>, com estrutura assemelhada a de uma bola de futebol, mas existem outros aglomerados com mais átomos, como o C<sub>70</sub>. Já foram usados como FET. <ref name="01primeira">Xiao-Hong Zhang, Benoit Domercq, Bernard Kippelen – High-performance and electrically stable C60 organic field-effect transistors – Applied Physics Letters – Vol.: 91, 092114</ref> Outra espécie de Fullereno são os '''[[Nanotubos de Carbono]]'''. Além do Carbono, também existem outros átomos com nanotubos: Boro, Silício, Bismuto, entre outros inorgânicos. São usados de diversas maneiras, como pinças de [[AFM]], sensores para telas sensíveis a toque, transporte de eletricidade (nanofios) e como alternativas para elementos da eletrônica. Um Nanotubo de Carbono, que consiste em uma folha de grafita (a folha de grafita é chamada de [[grafeno]]) enrolada formam um tubo, pode ter várias camadas ou apenas uma folha de grafita, dependendo do método de preparação. Num Nanotubo de múltiplas camadas, existem vários tubos dentro de um outro maior e são conhecidos pela sigla MWCN (''Multi-Wall Carbon Nanotubes''). Já os Nanotubos de camada simples são os SWCN (''Single Wall Carbon Nanotubes'').
 
[[Image:Nanotubos_tipos.png|thumb|right|1- MWCN (retirado de <ref>Solange Binotto Fagan – Funcionalização de Nanotubos de Carbono –Centro Universitario Franciscano – UNIFRA – Santa Maria – RS, disponível em www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/ebee/x/trab_conv/solange_fagan.pdf