Computando com moléculas: Um grande passo na spintrônica molecular

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/01/2020

Cada molécula pode ser endereçada separadamente e alternada entre os estados com uma tensão positiva ou negativa.
[Imagem: Jan-Simon von Glasenapp/Rainer Herges]

Computação molecular

Químicos e físicos uniram forças para projetar e operar interruptores moleculares individuais depositados de forma estável sobre superfícies - os transistores são essencialmente interruptores, só que muito maiores.

A spintrônica, ou eletrônica baseada no spin, em contraste com a eletrônica convencional, usa a "rotação" de partículas individuais para detecção, armazenamento, transporte e processamento de informações. As vantagens incluem a manutenção dos dados mesmo na falta de energia, o aumento da velocidade no processamento de dados, o menor consumo de energia elétrica e densidades de integração mais altas em comparação com os componentes semicondutores convencionais.

A spintrônica molecular visa o passo final em direção à miniaturização da spintrônica semicondutora, buscando controlar ativamente os estados de spin de moléculas individuais.

As moléculas são os menores blocos que podem ser projetados e construídos com propriedades previsíveis. Sua resposta a estímulos elétricos ou ópticos e sua funcionalidade química e física customizada as tornam candidatas únicas para novas classes de dispositivos, de superfícies catalisadoras controláveis até dispositivos ópticos para computação.

A nova molécula tem três propriedades. Apenas duas combinações dessas propriedades são estáveis. A alternância entre os diferentes estados é obtida através da aplicação de pequenas correntes de tunelamento.
[Imagem: Rainer Herges]

Spintrônica molecular

Os estados de spin das moléculas sintetizadas pela equipe são estáveis por vários dias. "Isso foi alcançado através de um truque de design que se assemelha aos circuitos eletrônicos fundamentais nos computadores, os chamados flip-flops. A biestabilidade, ou alternância entre 0 e 1, é realizada através de uma realimentação do sinal de saída na entrada," explicou o professor Manuel Gruber, do Universidade de Kiel, na Alemanha.

As novas moléculas têm três propriedades acopladas umas às outras em um circuito de realimentação: sua forma (planar), a proximidade de duas subunidades, chamadas coordenação (sim ou não), e o estado de spin (spin alto ou spin baixo). Assim, as moléculas podem ficar travadas em um ou outro estado.

Após a sublimação e deposição das moléculas sobre uma superfície recoberta com prata, as chaves moleculares se automontam em matrizes altamente ordenadas. Cada molécula nessa matriz pode ser endereçada separadamente com um microscópio de varredura por tunelamento e alternada entre os dois estados aplicando uma tensão positiva ou negativa.

"Nosso novo interruptor de spin realiza em apenas uma molécula o que exige vários componentes, como transistores e resistores, nos eletrônicos convencionais. Esse é um grande passo em direção à miniaturização," disse Gruber.

O próximo passo do trabalho será aumentar a complexidade dos compostos para implementar operações lógicas mais sofisticadas.

Bibliografia:

Artigo: Reversible coordination-induced spin-state switching in complexes on metal surfaces
Autores: Alexander Köbke, Florian Gutzeit, Fynn Röhricht, Alexander Schlimm, Jan Grunwald, Felix Tuczek, Michal Studniarek, Danilo Longo, Fadi Choueikani, Edwige Otero, Philippe Ohresser, Sebastian Rohlf, Sven Johannsen, Florian Diekmann, Kai Rossnagel, Alexander Weismann, Torben Jasper-Toennies, Christian Näther, Rainer Herges, Richard Berndt, Manuel Gruber
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-019-0594-8