Cientistas fazem semicondutores cooperarem e trabalharem em equipe

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2023

A cooperatividade molecular em semicondutores deverá dar um impulso à eletrônica orgânica.
[Imagem: Daniel William Davies et al. - 10.1038/s41467-023-36871-9]

Cooperatividade molecular

Pesquisadores descobriram uma maneira de desencadear um comportamento cooperativo entre moléculas de semicondutores orgânicos, os concorrentes do silício que estão viabilizando eletrônicos flexíveis e transparentes.

Essa interação inusitada resulta em uma economia de energia e de tempo de processamento que deverá ajudar a melhorar o desempenho de aparelhos como os relógios inteligentes, além de células solares, LEDs e todos os outros produtos da eletrônica orgânica.

"Nossa pesquisa dá vida aos semicondutores, revelando as mesmas qualidades dinâmicas que os organismos naturais, como os vírus, usam para se adaptar e sobreviver," disse a professora Ying Diao, da Universidade de Illinois, nos EUA.

Quando vai infectar uma célula, um vírus pousa sobre ela e agarra a superfície com a ponta da sua cauda tubular. Então, as proteínas na cauda se contraem em uníssono, achatando sua estrutura como uma mola pisada e enrolando o corpo do vírus para o ataque.

Graças a esse "trabalho em equipe" das proteínas, a cauda pode flexionar e achatar com facilidade. Esse processo, chamado de cooperatividade molecular, é frequentemente observado na natureza, mas raramente visto em sistemas não-vivos.

Foi Daniel Davies, aluno da professora Diao, quem descobriu uma maneira de desencadear esse comportamento cooperativo entre as moléculas dos semicondutores orgânicos.

Demonstração do princípio aplicado a um transístor acionado por calor.
[Imagem: Daniel William Davies et al. - 10.1038/s41467-023-36871-9]

Trabalho em equipe molecular

A abordagem dos pesquisadores para acionar o trabalho em equipe molecular em um cristal semicondutor lembra muito o caso dos dominós.

O que a dupla descobriu foi que reorganizar os aglomerados de átomos de hidrogênio e carbono saindo do núcleo de uma molécula do semicondutor orgânico - também conhecido como cadeias de alquil - faz com que o próprio núcleo molecular se incline, desencadeando um colapso em cadeia da estrutura cristalina, uma autêntica avalanche, como os blocos de dominó caindo ao serem empurrados.

O fenômeno é disparado por calor, e faz com que o próprio cristal orgânico encolha - lembrando o mecanismo de achatamento da cauda do vírus. Em um componente eletrônico, esta propriedade se traduz em um interruptor liga/desliga com pouquíssimo gasto de energia - um autêntico transístor acionado pela temperatura.

Ainda é difícil prever as aplicações desta descoberta, mas a equipe já trabalha com transistores e células solares orgânicas, que deverão merecer a atenção inicial.

Transições cooperativas

Transições cooperativas ocorrem no mundo biológico quando as moléculas mudam sua estrutura em sincronia, como uma fileira de dominós fluindo continuamente para o chão.

No mundo da matéria não-viva, as moléculas e átomos que formam os cristais adotam simetrias muito rígidas, cada um na sua, e movê-los assemelhar-se-ia mais a montar exaustivamente uma fila ordenada de dominós para que depois eles pudessem ser empurrados - tente fazer isso com os átomos de carbono em um carvão para transformá-los em diamante e você descobrirá a energia (temperatura e pressão) que isso demandará.

Diao e Davies trabalham com componentes eletrônicos orgânicos, que dependem de semicondutores feitos de moléculas como hidrogênio e carbono, em vez de inorgânicos, como o silício, que é um cristal.

"Como os eletrônicos orgânicos são feitos dos mesmos elementos básicos dos seres vivos, como as pessoas, eles abrem muitas novas possibilidades de aplicações," disse Diao. "No futuro, a eletrônica orgânica pode ser capaz de se conectar ao nosso cérebro para melhorar a cognição ou ser usada como um band-aid para converter o calor do nosso corpo em eletricidade."

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