Cientistas da IBM e Warwick Capturam Primeira Imagem de Alta Resolução de Trianguleno, Molécula Triangular Altamente Reativa

Trianguleno ganha seu primeiro close-up graças a pesquisadores da IBM e Universidade de Warwick.

Abril 2017 Volume 12 No 4 da Nature Nanotechnology. Crédito da imagem Niko Pavlicek, IBM Research. Design da capa: Bethany Vukomanovic

Publicado hoje na Nature Nanotechnology, cientistas da IBM estão tornando o invisível visível.

Algumas semanas atrás, a IBM lançou suas cinco previsões anuais para os próximos cinco anos. Agora, pesquisadores em Zurique adicionam uma sexta previsão: a capacidade de imagem e manipular as menores moléculas conhecidas com precisão sem precedentes.

Tradicionalmente, moléculas como pentaceno, olympiceno, hexabenzocoroneno e cephalandole A são representadas com modelos 2D de bastões. Graças a um método de microscopia introduzido pela IBM em 2009, cientistas ao redor do mundo agora podem capturar essas estruturas em detalhes notáveis, às vezes pela primeira vez décadas após sua proposta teórica.

"Ver moléculas individuais em tão alta resolução é transformador para químicos, especialmente para espécies incomuns ou altamente reativas", diz Prof. David Fox, Universidade de Warwick.

Prof. David Fox, Universidade de Warwick, colaborou pela primeira vez com IBM Research em 2012.

A equipe da IBM, com dois vencedores de grant ERC — Leo Gross e Gerhard Meyer — também realiza manipulação atômica, permitindo reações químicas controladas em uma superfície.

No ano passado, em parceria com CiQUS na Universidade de Santiago de Compostela, a equipe desencadeou e observou uma ciclização de Bergman, enquanto no ano anterior visualizaram arinos — moléculas de vida curta, altamente reativas, propostas há 115 anos — confirmando sua existência.

Hoje, pesquisadores da IBM e químicos de Warwick sintetizaram e caracterizaram trianguleno (hidrocarboneto de Clar), molécula hipotetizada pela primeira vez em 1953, mas anteriormente considerada instável demais para isolar.

"Adicionamos um anel extra à estrutura do olympiceno, aumentando a complexidade, mas produzindo uma molécula com propriedades fascinantes", explica Anish Mistry, Universidade de Warwick.

Primeiro autor Niko Pavliček, IBM, observa que "usamos nossa técnica de manipulação atômica dos estudos de arino e Bergman para gerar trianguleno, uma espécie altamente reativa, previamente não sintetizada, com características magnéticas notáveis."

O trabalho baseia-se na combinação pioneira da IBM de microscopia de tunelamento (STM) e microscopia de força atômica (AFM), tecnologias que renderam a ex-cientistas da IBM Prêmios Nobel e Kavli nos anos 1980.

Neste estudo, a ponta do STM removeu dois átomos de hidrogênio de uma molécula precursora através de elétrons de tunelamento induzidos por voltagem. O produto resultante foi imagemado em voltagens mais baixas para revelar seus orbitais moleculares. Cálculos de teoria funcional de densidade corroboraram que o trianguleno mantém suas propriedades intrínsecas quando adsorvido em uma superfície.

O AFM, equipado com ponta terminada em monóxido de carbono, resolveu os seis anéis de benzeno fundidos da molécula planar, formando um triângulo simétrico — sua primeira imagem de alta resolução.

Cientista da IBM Leo Gross co-desenvolveu a técnica AFM usada para imagem do trianguleno.

Gross explica: "Enquanto radicais sigma tipicamente ligam com cobre, o trianguleno — sendo um radical pi com elétrons desemparelhados deslocalizados — não forma tais ligações em cobre, resultado surpreendente que destaca sua estrutura eletrônica única."

Elétrons desemparelhados dão origem a momentos magnéticos na escala molecular. Em hidrocarbonetos convencionais, elétrons emparelhados cancelam efeitos de spin, mas os spins deslocalizados do trianguleno produzem magnetismo mensurável, propriedade com potenciais aplicações spintrônicas.

Pavliček vislumbra "segmentos tipo trianguleno incorporados em nanofitas de grafeno como rota promissora para dispositivos spintrônicos orgânicos." Nanofitas de grafeno também estão sendo exploradas para compósitos leves de alta resistência.

"Demonstramos que o magnetismo do trianguleno persiste em superfícies de xenon ou cloreto de sódio", adiciona Pavliček. "No entanto, nosso STM/AFM atual carece de campo magnético, deixando os estados magnéticos detalhados e excitações abertos para estudos futuros."

Esta pesquisa faz parte do novo Consórcio Colaborativo da IBM, o IBM Research Frontiers Institute, que reúne membros para desenvolver tecnologias inovadoras e avaliar impactos nos negócios.

Financiamento foi parcialmente fornecido pela Comissão Europeia através dos projetos Horizon 2020 PAMS e ITN QTea e grants ERC CEMAS e AMSEL.

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