El efecto túnel cuántico dirige el transporte de electrones en porfirinas
El transporte de electrones a través de moléculas formadas por porfirinas se realiza por el efecto túnel descrito por las leyes de la mecánica cuántica, según ha demostrado un estudio internacional en el que ha participado un centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). El artículo, publicado en Nature Nanotechnology, descarta la creencia de que este transporte se efectúa a través de saltos de una región a otra de la molécula, conocido como hopping.
Las porfirinas son moléculas orgánicas que aparecen, en la región central de macromoléculas como la clorofila y la hemoglobina, y que poseen un átomo metálico en su centro que determina su función específica. La importancia de estas moléculas en el campo de la electrónica molecular radica en su “facilidad para transferir electrones de una región a otra”, explica el responsable del trabajo en el Centro de Investigación en Nanomateriales y nanotecnología (centro mixto del CSIC, la Universidad de Oviedo y el Gobierno del Principado de Asturias) Víctor Manuel García.
Para resolver el mecanismo de transporte electrónico que dirigen las porfirinas, el equipo ha evaluado la variación de su conductividad eléctrica en función de la distancia y la temperatura, en cadenas de una, dos y tres unidades de porfirina, ancladas en sus extremos a superficies de oro que actúan como electrodos.
Según las leyes que rigen el transporte por hopping, la conductividad de las porfirinas aumenta con la temperatura pero se reduce suavemente con la distancia. Bajo este mecanismo, los electrones pasan de un electrodo a otro mediante saltos de una región a otra de las moléculas formadas por porfirinas, siendo su comportamiento más parecido al de una partícula que al de una onda. La temperatura aumenta su capacidad de salto y, por tanto, aumenta la conductancia, mientras que la longitud la reduce.
Por el contrario, el efecto túnel se basa en que los electrones tienen cierta probabilidad de desaparecer de un electrodo y reaparecer en el otro. Esta probabilidad depende del tipo de molécula que haya entre los electrodos.
En este mecanismo, la temperatura también puede aumentar la conductancia, “ya que incrementa la cantidad de electrones disponibles para ser transportados”, explica García. Sin embargo, el efecto de la longitud reduce la conductancia de forma exponencial. Un ligero aumento de la distancia disminuye de forma drástica la probabilidad de los electrones de aparecer al otro lado.
La suave caída de la conductividad de las porfirinas en función de la distancia y la dependencia con la temperatura “hacía creer que el transporte se efectuaba por hopping. Sin embargo, los experimentos y cálculos teóricos llevados a cabo por el equipo han demostrado que el transporte de electrones es en realidad por efecto túnel”, asevera el investigador.

Dos electrones de oro unidos por tres unidades de porfirina.
Centro de Investigación en Nanotecnología y Nanomateriales
Componentes de ordenador
“La progresiva miniaturización de los circuitos integrados hace que los elementos electrónicos se aproximen cada vez más al límite atómico”, cuenta García. Por ello, la investigación persigue encontrar moléculas que puedan realizar las funciones de los componentes electrónicos, al ser su producción fácil y económica.
El mecanismo de transporte electrónico descubierto en este estudio puede promover el uso de porfirinas en dispositivos para ordenadores cuánticos. Estas computadoras se basan en la mecánica cuántica, por lo que el transporte eléctrico por efecto túnel puede ser adecuado para ellas. Al desaparecer y reaparecer en un electrodo u otro, “los electrones conservan su naturaleza ondulatoria y, por tanto, también sus propiedades cuánticas”, concluye García.
El estudio ha contado con la participación de investigadores las universidades de Liverpool, Lancaster, Oxford y Cardiff, en Reino Unido, y de las universidades de Zaragoza y Oviedo, a la que pertenece el investigador.
Publicación original
G. Sedhi, V. M. García.Suárez, L. J. Esdaile, H. L. Anderson, C. J. Lambert, S. Martín, D. Bethell, S. J. Higgins, M. Elliott, N. Bemmett, J. Emyr Macdonald, R.d J. Nichols; "Long-range electron tunnelling in oligo-porphyrin molecular wires."; Nature Nanotechology.
Noticias más leídas
Publicación original
G. Sedhi, V. M. García.Suárez, L. J. Esdaile, H. L. Anderson, C. J. Lambert, S. Martín, D. Bethell, S. J. Higgins, M. Elliott, N. Bemmett, J. Emyr Macdonald, R.d J. Nichols; "Long-range electron tunnelling in oligo-porphyrin molecular wires."; Nature Nanotechology.
Organizaciones
Más noticias del departamento ciencias

Reciba la química en su bandeja de entrada
Al enviar el formulario, se muestra usted de acuerdo con que LUMITOS AG le envíe por correo electrónico el boletín o boletines seleccionados anteriormente. Sus datos no se facilitarán a terceros. El almacenamiento y el procesamiento de sus datos se realiza sobre la base de nuestra política de protección de datos. LUMITOS puede ponerse en contacto con usted por correo electrónico a efectos publicitarios o de investigación de mercado y opinión. Puede revocar en todo momento su consentimiento sin efecto retroactivo y sin necesidad de indicar los motivos informando por correo postal a LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlín (Alemania) o por correo electrónico a revoke@lumitos.com. Además, en cada correo electrónico se incluye un enlace para anular la suscripción al boletín informativo correspondiente.
Noticias más leídas
Más noticias de nuestros otros portales
Contenido visto recientemente

Guante inteligente para la industria 4.0 - Los investigadores conectan la mano con el mundo virtual

Inversión de 200 millones de euros en el pionero del hidrógeno verde Hy2gen AG - El capital se destinará a los combustibles electrónicos para descarbonizar los sectores de la industria y el transporte

Eppendorf: Las ventas crecen hasta los 1.230 millones de euros - "El pasado ejercicio 2022 fue muy exigente pero exitoso para Eppendorf"

Occidental Chemical Corporation - Dallas, Estados Unidos

Carga pesada contra los gérmenes del agua - Nuevos sistemas de filtrado con materiales compuestos

Los periódicos viejos pueden ser usados para cultivar nanotubos de carbono
Evaporador_de_película_descendente

Fotosíntesis: varios caminos conducen al centro de reacción - Químicos utilizan la química cuántica de alta precisión para estudiar los elementos clave de la transferencia de energía supereficiente en un importante elemento de la fotosíntesis
