Pensemos no interesse da miniaturização de um dispositivo eletrônico: permitir reduzir o tempo necessário a um elétron para atravessá-lo, obtendo-se, dessa forma, um dispositivo que opere em freqüências mais altas, com a vantagem - que deve ser sempre avaliada com bons olhos -, da ocupação de menos espaço.

Contudo, não obstante essa performance, sabe-se que a miniaturização da microeletrônica atual, à base de silício, acabará por esbarrar nos limites físicos, pelo fato de que as correntes que atravessam os transistores são elevadas, podendo dar origem um superaquecimento.

Já na eletrônica molecular, em sua forma mais simples - uma junção molecular é composta de uma molécula única, presa como num sanduíche, entre dois eletrodos -, a dificuldade dessa junção molecular reside em que, se a molécula consiste de uma série de estados discretos, contidos em uma entidade finita, os eletrodos são uma estrutura macroscópica, contendo uma coleção de estados muito densa. Daí, a compreensão da influência do ambiente eletrostático da molécula sobre os processos de transporte eletrônico torna-se um problema delicado.

Nos casos mais típicos de junção molecular metal-molécula-metal, um grau de complexidade adicional provém da desordem geométrica inerente às ligações de coordenação metal-molécula.

As mudanças geométricas podem influenciar fortemente o transporte de cargas através dessas junções e dar origem aos fenômenos de comutação intempestivos freqüentemente observados nessas estruturas. Um modo de se evitar essa incerteza geométrica seria utilizar junções molécula-semicondutor (particularmente o silício) em que a interface eletrodo-molécula é fornecida por uma ligação covalente entre dois átomos.

Essa ligação pode ser criada de vários modos, sendo que um dos mais diretos consiste em ligar um radical livre, situado em uma das extremidades da molécula, a uma ligação "pendente", disponível na superfície do eletrodo de silício.

Essa ligação "pendente" pode ser obtida retirando-se um dos átomos de hidrogênio ligados aos átomos de silício da superfície do eletrodo passivado: a ruptura dessa ligação deixa um elétron "pendente" não emparelhado.

Cientistas canadenses da Universidade de Alberta e do Instituto Nacional de Nanotecnologia, ambos situados em Edmonton (Canadá), em colaboração com o Dr. Werner Hofer, um teórico do Centro de Pesquisa sobre Ciência de Superfícies, da Universidade de Liverpool (Inglaterra), conceberam e testaram um transistor seguindo esse princípio.

A equipe de pesquisadores trabalhou com duas propriedades das superfícies de silício: de um lado, a polimerização das moléculas escolhidas, nesse caso, moléculas orgânicas derivadas do estireno, se interrompendo antes de um sítio de ligação "pendente", e, de outro lado, esse sítio poder tornar-se mais ou menos carregado conforme o nível de dopagem do silício.

Os trabalhos dessa equipe têm dois aspectos: de um lado, um estudo por microscópio de efeito de tunelamento das cargas efetivas criadas ao longo da cadeia de polímero por um sítio de ligação "pendente" dado e, de outro, a modelização teórica de orbitais moleculares, a cargo de Werner Hofer.

Graças à microscopia de efeito de tunelamento, os cientistas observaram que, quando o sítio da ligação "pendente" está carregado, e essa carga pode variar com o nível de dopagem do silício, as moléculas presas na superfície do silício parecem sobressair-se ainda mais quanto mais próximas estão elas dessa ligação "pendente".

Os pesquisadores interpretam essas observações como o efeito de uma carga eletrostática local sobre o transporte de carga no fio polimérico. Observação essa corroborada pelos cálculos que mostram que mudanças nos estados orbitais da molécula são causadas pelo sítio de carga da ligação "pendente". Além disso, o centro de separação da condução molecular se desloca em função do estado de carga do átomo de superfície de silício ou em função da relação espacial entre a molécula e esse centro carregado.

A molécula pode, portanto, estar "sincronizada" e, assim, conduzir a corrente elétrica de um eletrodo a outro. Como as mudanças observadas na condução são importantes, esses efeitos são facilmente observados à temperatura ambiente.

Tal resultado constitui, portanto, prova direta de que cargas localizadas podem afetar profundamente o transporte de carga nas estruturas formadas de moléculas únicas sobre superfícies de silício e à temperatura ambiente.

Nature, volume 435, 2005, p. 658-661 e 575-577 (Tradução - MIA).

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