Pesquisadores da Universidade de Illinois estão avançando em nossa compreensão de materiais semicondutores explorando a quiralidade. Sua pesquisa, liderada pelo professor YingDiao, investiga como os polímeros aquirais podem ser alterados para produzir estruturas quirais. Esta pesquisa tem implicações importantes para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras e destaca a complexidade e o potencial dos materiais quirais.
Um novo estudo liderado por químicos da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign traz uma nova perspectiva para o desenvolvimento de materiais semicondutores que podem fazer o que os materiais tradicionais de silício não conseguem – aproveitar o poder da quiralidade, uma imagem espelhada não sobreponível.
A quiralidade é uma das estratégias que a natureza utiliza para construir estruturas complexas, sendo a dupla hélice do ADN talvez o exemplo mais conhecido - duas cadeias moleculares ligadas por uma "espinha dorsal" molecular e torcidas para a direita.
Na natureza, moléculas quirais, como as proteínas, podem fornecer energia elétrica de forma muito eficiente, transportando seletivamente elétrons com a mesma direção de spin.
Pesquisa sobre imitação da quiralidade na natureza
Durante décadas, os pesquisadores têm tentado imitar a quiralidade da natureza em moléculas sintéticas. Um novo estudo liderado por Ying Diao, professor de química e química biomolecular, investigou os efeitos de várias modificações em um polímero aquiral chamado DPP-T4 para formar estruturas helicoidais quirais em materiais semicondutores à base de polímeros. As aplicações potenciais incluem células solares que funcionam como folhas, computadores que exploram os estados quânticos dos elétrons para cálculos mais eficientes e novas técnicas de imagem que capturam informações em três dimensões em vez de duas.
As descobertas foram publicadas na revista ACS Central Science.
Resultados de pesquisas e experimentos
"Inicialmente pensamos que fazer pequenos ajustes na estrutura da molécula DPP-T4 - conseguidos adicionando ou alterando os átomos ligados à espinha dorsal - mudaria a torção, ou distorção, da estrutura e induziria a quiralidade. No entanto, rapidamente descobrimos que as coisas não eram tão simples", disse Diao.
Usando espalhamento de raios X e imagens, a equipe descobriu que seus “leves ajustes” resultaram em mudanças significativas na fase do material.
“O que observamos foi um efeito Cachinhos Dourados”, disse Diao. "Normalmente, as moléculas se aglomeram como fios torcidos, mas de repente, quando torcemos as moléculas a uma torção crítica, elas começam a se reunir em novas mesofases na forma de placas ou flocos. Ao testar a capacidade dessas estruturas de dobrar a luz polarizada - um teste de quiralidade - ficamos surpresos ao descobrir que esses flocos também podem se torcer em estruturas quirais coesas."
As descobertas da equipe esclarecem o fato de que nem todos os polímeros se comportam de maneira semelhante quando imitam o transporte eficiente de elétrons em estruturas quirais. O relatório da pesquisa aponta que é fundamental não ignorar as complexas mesoestruturas formadas para descobrir fases desconhecidas, que podem levar a propriedades ópticas, eletrônicas e mecânicas sem precedentes.