Brug af molekyler til at tegne på kvantematerialer

I løbet af årtusinder, civilisationer udviklede sig gennem stenen, Bronze, og jernalderen. Nu er tiden kommet for kvantematerialer til at ændre den måde, vi lever på, til dels takket være forskning udført ved Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) og McGill University.

Professor Emanuele Orgiu, en forsker ved INRS og en specialist i kvantematerialer. Disse materialer er kun nogle få atomer tykke, men har bemærkelsesværdig optisk, magnetiske, og elektriske egenskaber. Professor Orgius forskning fokuserer på at skabe mønstre på overfladen af ​​kvantematerialer for at ændre deres egenskaber.

"Formen på tegningerne hjælper med at bestemme de egenskaber, der tildeles overfladen, " forklarer han.

Hans arbejde har potentielle applikationer til (opto)elektroniske enheder såsom transistorer og fotosensorer, men også til biosensing-enheder.

Kvantematerialeeksperten har netop taget et stort skridt fremad ved at syntetisere makrocykler - store cirkulære molekyler - på en grafitoverflade. Dette materiale består af en stak grafen, et enkelt atomtykt ark kulstof. Grafen betragtes som et kvantemateriale.

"Tænk på makrocykler som små legoklodser. Det er umuligt at bygge en ring i opløsning, en homogen blanding, hvori blokkene er fortyndet. Men du kan gøre det, hvis du lægger dem på et bord, " sagde professor Orgiu, hovedforfatter på en ny undersøgelse, hvis resultater blev offentliggjort online den 18. februar i tidsskriftet ACS Nano .

Kort sagt, postdoc-forskeren i Orgius gruppe, Chaoying Fu, hvem er den første forfatter til undersøgelsen, har fundet en måde at bruge makrocykler til at tegne molekylære mønstre på et materiales overflade.

"Makrocyklerne aflejres på overfladen i opløsning, og kun molekylerne er tilbage, når væsken er fordampet. Vi kan forudsige, hvordan de vil passe sammen, men justeringen sker naturligt gennem interaktioner med nabomolekyler og overfladen, " forklarer professor Orgiu.

Undersøgelsen blev udført i samarbejde med Dmitrii F. Perepichka, en professor i McGill's Department of Chemistry, hvis ekspertise hjalp med at forstå, hvordan visse molekyler kunne arrangere sig selv på overfladen af ​​grafit.

"Dette er et godt eksempel på styrken af ​​en multidisciplinær tilgang, hvor vi kombinerede organisk syntese og overfladevidenskab. Niveauet af kontrol, vi opnåede over formen og strukturen af ​​syntetiserede molekyler, er ret bemærkelsesværdigt, " siger Perepichka.

Orgiu sagde, at formen og størrelsen af ​​makrocykler gjorde dem til den ideelle kandidat til at tegne på grafittens overflade.

"Fordelen ved disse molekyler er de store porer i deres struktur. Vi kan på sigt bruge vores makrocykler som en ramme og dekorere porerne med biomolekyler, der ville fremme biosensing egenskaber af overfladen. Dette er bestemt et af vores næste skridt mht. fremtidige projekter."