Bit subatômico é controlado por um único átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/01/2014

Dois prótons (vermelho) em uma molécula porficeno depositada na superfície de um cristal (marrom) alteram suas posições entre os átomos de nitrogênio (azul) em função da posição de um único átomo de cobre (amarelo).
[Imagem: L. Grill/University of Graz]

Memória subatômica

Um único átomo que seja colocado na vizinhança de uma molécula natural é suficiente para alterar o arranjo espacial dos átomos da molécula.

Em um experimento classificado de "espetacular" por colegas não envolvidos no trabalho, uma equipe internacional de pesquisadores foi capaz de mudar de forma persistente as posições dos núcleos de átomos de hidrogênio no interior de uma molécula de porficeno.

Para isso, eles simplesmente aproximaram um único átomo de cobre da molécula.

Outra forma de descrever o experimento talvez explique melhor o qualificativo de "espetacular".

O que Takashi Kumagai e seus colegas criaram foi um "bit subatômico", um bit formado por apenas dois prótons, presos dentro de uma molécula orgânica muito simples.

Esse bit subatômico pode ser chaveado entre dois estados - 0 e 1, com queira - apenas aproximando um "interruptor atômico", um único átomo de cobre.

Porficeno

Porficeno - ou porficena (C20H14N4) - é uma molécula derivada da porfirina, um composto químico que ocorre naturalmente, por exemplo no sangue humano, onde está envolvida em reações relacionadas com o transporte de oxigênio.

Em 2011, outra equipe já havia construído um transístor molecular, acionado por um único próton, também baseado em uma molécula derivada da porfirina.

A diferença é que não havia um interruptor para ligar e desligar essa chave molecular, que pode funcionar como uma célula de memória ou como um transístor.

O porficeno tem uma estrutura em forma de anel de carbono planar, com os átomos de hidrogênio do lado de fora e quatro átomos de nitrogênio no interior, localizados nos cantos de um quadrilátero.

No centro da molécula, no "espaço vazio" formado pelos átomos de nitrogênio, existem dois prótons - dois núcleos de átomos de hidrogênio - que podem mover-se entre os átomos de nitrogênio. De forma bastante interessante, e não totalmente compreendida, os dois prótons sempre se deslocam juntos.

E, para movê-los, basta aproximar um átomo de cobre da molécula.

Tunelamento quântico

As primeiras investigações sinalizam que o movimento da dupla de prótons não é simplesmente um deslocamento espacial. Em vez disso, os prótons mudam suas posições devido ao efeito de tunelamento quântico - eles simplesmente desaparecem de um lugar e reaparecem no outro.

Assim, a molécula funciona como um interruptor binário, controlado com apenas um átomo de cobre - uma alteração na posição do átomo em 10 nanômetros é suficiente para fazer a transição entre os dois estados da chave.

"Parece provável que a sensibilidade da molécula às suas cercanias seja um fenômeno comum na natureza. O fenômeno pode ser explorado, por exemplo, na criação de nanomáquinas, processando informações ao nível de moléculas individuais," arriscou o professor Jacek Waluk, membro da equipe.

A dificuldade do uso tecnológico da descoberta está em mover um átomo individual - no experimento, o átomo de cobre é movimentado pela ponta de um microscópio eletrônico de varredura.

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