Foto: © bluebay2014 / Dollar Photo Club

První měření vodivosti anti-aromatických molekulárních obvodů

Čeští vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR ve spolupráci s kolegy z Japonska poprvé vytvořili molekulární obvod skládající se z anti-aromatických molekul. Anti-aromatické molekuly obsahují 4n elektronů v elektronovém π systému na rozdíl od aromatických molekul s 4n+2 elektrony, ale vykazují vyšší elektrickou vodivost. V článku publikovaném v časopise Nature Communications čeští a japonští vědci vysvětlují původ této vysoké vodivosti ve srovnání s aromatickými protějšky.

Tým japonských a českých vědců poprvé změřil elektrickou vodivost anti-aromatického molekulárního obvodu. Takzvané jedno-molekulární obvody jsou tvořené právě jednou organickou molekulou (aktivní elektronická složka), která přemosťuje dvě kovové nano-elektrody. Tyto molekulární obvody představují poslední hranici miniaturizace elektroniky. Zároveň velké množství dostupných organických molekul nabízí možnost dosažení téměř neomezených funkcí obvodu. V článku publikovaném v časopise Nature Communications, čeští a japonští vědci ukazují, že anti-aromatická molekula je mnohem vodivější než její aromatický protějšek. Tato práce otevírá novou cestu pro molekulové obvody založené na anti-aromaticitě.

Aromatické molekuly mají cyklické rovinné π systémy obsahující 4n + 2 elektronů (kde n je přirozené číslo) a jsou v současné době hojně používány v molekulární elektronice, elektroluminiscenčních zařízeních a organických fotovoltaických článcích. Oligoaceny, thiofeny nebo porfyriny jsou dobře známé příklady aromatických sloučenin. Anti-aromatické molekuly místo toho mají 4n π elektronů a jsou notoricky nestabilní a těžko syntetizovatelné. V sedmdesátých letech elektrochemická měření oxidačně-redukčních potenciálů naznačila, že anti-aromatické molekuly by mohly být vhodným kandidátem pro elektrický transport v molekulárních obvodech. Snahy o měření vodivosti skrze skutečně anti-aromatické molekuly však nebyly dosud úspěšné. V této práci, česko-japonský tým syntetizoval a měřil anti-aromatický molekulární komplex na bázi niklu a porovnal jej se strukturně obdobným aromatickým protějškem na bázi porfirinu.

Japonský tým složený ze skupiny prof. Kiguchi z Tokijského technologického institutu a skupiny prof. Shinokubo z Nagoyské univerzity syntetizoval sloučeninu a poté použil techniku rastrovacího tunelovacího mikroskopu k měření její vodivosti. Během těchto měření byla molekula opakovaně přiváděna do kontaktu s hrotem mikroskopu a současně byl zaznamenáván elektrický proud (vodivost = inverzní odpor, I/V) indukovaný přiloženým malým elektrickým napětím. Při absenci molekul se pozoroval exponenciálně tlumený tunelovací proud. Nicméně když se dostala molekula do kontaktu s hrotem, byla pozorována charakteristická konstantní hodnota proudu skrz molekulu, která odpovídá její elektrické vodivosti. Z tisíců měření se pak sestavily vodivostní histogramy a měřila se statisticky významná hodnota vodivosti.

Simulace elektronového transportu v těchto molekulách byla provedena ve skupině Dr. Héctora Vázqueze, který působí jako Purkyně Fellow ve Fyzikálním ústavu Akademie věd České republiky. Narendra P. Arasu a Héctor Vázquez použili atomové simulace pro výpočet vodivých vlastností aromatických a anti-aromatických molekulárních obvodů. Jejich výpočty ukázaly, že vyšší vodivost anti-aromatické molekuly je způsobena jeho příznivějším přizpůsobením hraničních orbitalů na rozhraní kovových elektrod a molekulární orbital anti-aromatické molekuly se nachází blíže Fermiho hladiny než v aromatickém systému, v souladu s experimentálními měřeními vodivosti.

Kromě potvrzení dlouhodobé předpovědi o vodivosti anti-aromatických molekul tato práce demonstruje potenciál anti-aromatických molekul jako vhodných materiálů pro molekulární elektrické obvody.

Reference
S. Fujii, S. Marqués-González, J.Y. Shin, H. Shinokubo, T. Masuda, T. Nishino, N.P. Arasu, H. Vázquez and M. Kiguchi, Highly-conducting molecular circuits based on antiaromaticity, ‎Nat. Commun. 8, Article number: 15984 (2017)
https://www.nature.com/articles/ncomms15984

tisková zpráva Fyzikálního ústavu AV ČR

55 let satelitního televizního vysílání

Rok 1962 se zapsal do historie satelitního TV vysílání. Televizní signál totiž poprvé překonal Atlantický …

  • pavel houser

    dodal bych, ze antiaromaticky neznamena nic jako „opak“ (a samozrejme nesouvisi s vuni) – jde take o rovinne molekuly s delokalizovanymi Pi elektrony, od aromatickych se lisi jen tim poctem elektronu…

    • pavel houser

      a jeste bych dodal, ze v hesle na wiki se odvolavaji i na znamou ucebnici organicke chemie Cervinka/Dedek/Ferles („zelena prisera“), ale ve svem vydani jsem nic o antiaromaticite nenasel.

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close