L'auteur principal, Marina Castelli (Monash), doctorante FLEET, examine des échantillons au microscope à effet tunnel (STM). Crédit :Université Monash
Les interactions à longue distance entre les molécules individuelles pourraient-elles forger une nouvelle façon de calculer ?
Les interactions entre les molécules individuelles sur une surface métallique s'étendent sur des distances étonnamment grandes, jusqu'à plusieurs nanomètres.
Une nouvelle étude, vient de paraître, de la forme changeante des états électroniques induite par ces interactions, a une application future potentielle dans l'utilisation de molécules en tant qu'unités adressables individuellement.
Par exemple, dans un futur ordinateur basé sur cette technologie, l'état de chaque molécule individuelle pourrait être contrôlé, reflétant le fonctionnement binaire des transistors dans l'informatique actuelle.
Mesure des interactions moléculaires socialement distantes sur une surface métallique
La collaboration Monash-Université de Melbourne a étudié les propriétés électroniques de la phtalocyanine de magnésium (MgPc) saupoudrée sur une surface métallique.
MgPc est similaire à la chlorophylle responsable de la photosynthèse.
Par prudence, mesures de microscopie à sonde à balayage atomiquement précises, les chercheurs ont démontré que les propriétés mécaniques quantiques des électrons au sein des molécules, à savoir leur énergie et leur distribution spatiale, sont considérablement affectées par la présence de molécules voisines.
Molécules de MgPc simples et appariées. Alors que la structure moléculaire n'est pas affectée par la présence de la molécule voisine (images de microscopie à force atomique, Haut), distribution électronique (cartes de spectroscopie à effet tunnel, bas) est considérablement modifié. Crédit: Petit
Cet effet, dans lequel la surface métallique sous-jacente joue un rôle clé, est observé pour des distances de séparation intermoléculaires de plusieurs nanomètres, significativement plus grande que prévu pour ce type d'interaction intermoléculaire.
Ces informations devraient éclairer et faire progresser le développement de technologies électroniques et optoélectroniques à l'état solide construites à partir de molécules, Matériaux 2D et interfaces hybrides.
Observation directe des changements dans la symétrie et l'énergie des orbites moléculaires
Le ligand de phtalocyanine (Pc) 'trèfle à quatre feuilles', lorsqu'il est décoré d'un atome de magnésium (Mg) en son centre, fait partie du pigment de chlorophylle responsable de la photosynthèse dans les organismes biologiques.
Les métal-phtalocyanines sont exemplaires pour l'accordabilité de leurs propriétés électroniques en échangeant l'atome métallique central et les groupes fonctionnels périphériques, et leur capacité à s'auto-assembler en couches simples et nanostructures hautement ordonnées.
Des mesures de pointe en microscopie par sonde à balayage ont révélé une interaction étonnamment longue portée entre les molécules de MgPc adsorbées sur une surface métallique.
L'analyse quantitative des résultats expérimentaux et la modélisation théorique ont montré que cette interaction était due au mélange entre les orbitales de la mécanique quantique - qui déterminent la distribution spatiale des électrons au sein de la molécule - des molécules voisines. Ce mélange orbital moléculaire conduit à des changements importants dans les énergies des électrons et les symétries de distribution des électrons.
La phtalocyanine de trèfle distinctive (Pc), lorsqu'il est décoré d'un atome de magnésium (Mg) en son centre, fait partie du pigment de chlorophylle responsable de la photosynthèse dans les organismes biologiques. Crédit :image AFM
La longue portée de l'interaction intermoléculaire est le résultat de l'adsorption de la molécule sur la surface du métal, qui « étale » la distribution des électrons de la molécule.
"Nous avons dû pousser notre microscope à sonde à balayage vers de nouvelles limites en termes de résolution spatiale et de complexité d'acquisition et d'analyse des données, " déclare l'auteur principal et membre de FLEET, le Dr Marina Castelli.
"Ce fut un grand changement de pensée pour quantifier l'interaction intermoléculaire du point de vue des symétries de distribution spatiale des électrons, au lieu des changements spectroscopiques typiques de l'énergie, ce qui peut être plus subtil et trompeur. C'est l'idée clé qui nous a permis de franchir la ligne d'arrivée, et aussi pourquoi nous pensons que cet effet n'a pas été observé auparavant."
" Surtout, l'excellent accord quantitatif entre l'expérience et la théorie atomistique DFT a confirmé la présence d'interactions à longue distance, nous donnant une grande confiance dans nos conclusions, " dit le collaborateur Dr. Muhammad Usman de l'Université de Melbourne.
Les résultats de cette étude peuvent avoir de grandes implications dans le développement de futures technologies électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs basées sur des molécules organiques, Matériaux 2D et interfaces hybrides.
