Eletrônica Molecular

Eletrônica Molecular

Eletrônica Molecular

Histórico

  • 1940 – Válvulas

  • 1947 – Primeiro Transistor

  • 1960 – Chips

  • 2000 – 109 Transistores por processador

Limites da Microeletrônica

  • Dissipação de Calor

  • Efeitos Quânticos

  • Top-Down

Moléculas

  • Nano naturalmente

  • Bottom-Up

Portais Lógicos

  • Tradicional (transistores): 1 = presença de corrente 0 = ausência

  • Eletrônica Molecular: entrada: adição de reagente saída: espectroscopia

Exemplo: Portal AND Adição de X (X=1) sem Y (Y=0): 1*0=0

  • Exemplo: Portal AND Adição de X (X=1) sem Y (Y=0): 1*0=0

Exemplo: Portal AND Adição de X (X=1) seguida de Y (Y=1): 1*1=1

  • Exemplo: Portal AND Adição de X (X=1) seguida de Y (Y=1): 1*1=1

  • Conclusão: 1 se X E Y, simultaneamente

Nanofios

  • Grande relação comprimento/diâmetro

  • Interruptores optoeletrônicos

  • Condução de eletricidade

  • Portais lógicos

  • Transistores de Efeito de Campo (FET)

Pontos Quânticos

  • Pontos Quânticos, quantum dots, Nanocristais: níveis discretos x bandas dos sólidos – Átomos artificiais

  • Dimensões menores que o comprimento de onda de um elétron do cristal

  • Espectroscopia: Emissão em um comprimento de onda característico; função do tamanho

Algumas moléculas interessantes...

  • Rotaxanos

Bit com Rotaxano

  • Jonathan E. Green et.al. – A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimetre – Nature – 25 Jan 2007 – Vol.: Vol. 445, 414 – 417

  • Voltagem – mudança da posição do macrociclo

  • Diferentes pontos de Interação Intermolecular

Algumas moléculas interessantes...

Fullerenos

  • Clusters de Carbono

  • C60 – esférico C70,C118C540, etc Nanotubos

Nanotubos de Carbono

  • Folha enrolada de átomos de Carbono sp² (grafeno)

Condutividade de Nanotubos

Condutividade de Nanotubos

Aplicações

  • C60 em FET - Xiao-Hong Zhang, Benoit Domercq, Bernard Kippelen – High-performance and electrically stable C60 organic field-effect transistors – Applied Physics Letters – Vol.: 91, 092114

  • Nanotubos como pontas de AFM

  • Nanotubos: nanofios

  • Nanotubos: flexibilidade e resistência mecânica

  • Fármacos

Preparo e Caracterização

Nanofios e Pontos Quânticos

  • Crescimento Epitaxial – depositar de maneira ordenada

  • LPE (Epitaxia em fase líquida), VPE (Epitaxia em fase vapor), MEB (Epitaxia por Feixe Molecular), MOCVD (Deposição Química de Vapor Metalorgânica).

Crescimento heteroepitaxial

  • Material descasado  tensão

  • Formação de ilhas  Pontos Quânticos

Fullerenos

  • C60  Descarga elétrica em Grafita e solubilização em Tolueno

  • Separação com Cromatografia Líquida de alta Eficiência (HPLC)

Fullerenos

  • Caracterização por Espectrometria de Massas

Nanotubos de Carbono

  • Descarga por Arco Voltaico

  • Ablação por Laser

Nanotubos de Carbono

  • CVD (Deposição Química por vapor)

    • Nanofios e Nanotubos
    • Nanopartícula de metal num substrato
    • Deposição de gases contendo Carbono
      • Hidrocarbonetos, Álcoois, CO
    • Temperatura menor  Indústria

Nanotubos de Carbono Caracterização

  • TEM

    • Microscopia Eletrônica de Transmissão

Nanotubos de Carbono Caracterização

  • SEM

    • Microscopia Eletrônica de Varredura
  • SEM x TEM

    • TEM – átomos individuais (E(e-) maior,  menor)
    • SEM – superfícies maiores

Nanotubos de Carbono Caracterização

  • Espectroscopia RAMAN

    • Vibração
    • Respiração  determinar diâmetro

Nanotubos de Carbono Caracterização

  • Difração de Raio-X

Catenanos e Rotaxanos

  • Síntese dos blocos

  • Montagem com Reconhecimento Molecular

O que vem por aí...

  • Transistor: Transfer Resistor

  • Hoje: Silício Amanhã: ?

O que já existe

  • Filmes Finos

  • FET de C60 - Xiao-Hong Zhang, Benoit Domercq, Bernard Kippelen – High-performance and electrically stable C60 organic field-effect transistors – Applied Physics Letters – Vol.: 91, 092114

  • Tióis - Jan Hendrik Schön, Hong Meng & Zhenan Bao - Self-assembledmonolayer organic field-effect transistors - NATURE - VOL 413 - 18 OCTOBER 2001

O que já existe

  • Memórias baseadas em Rotaxanos - Jonathan E. Green et. all – A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimetre – Nature – 25 Jan 2007 – Vol.: Vol. 445, 414 – 417

  • “Biochips” - Héctor A. Becerril, Adam T. Woolley Small – DNA Shadow Nanolithography – 20 Aug 2007 – Vol.: 3, Issue 9 , Pages 1534 – 1538

Perspectivas

  • Desenvolver dispositivos independentes da Eletrônica do Silício

  • Comercialização

  • Controle da qualidade dos Nanotubos (Quiralidade, Imperfeições, Tamanho)

  • Meio-ambiente

Agradecendo a sua audiência e a sua paciência

  • Fim

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