La catena luminosa molecolare apre la strada alle tecnologie quantistiche
I ricercatori dell'Empa hanno raggiunto una svolta. Hanno accoppiato molecole di porfirina a nanoribbons di grafene con precisione atomica. Il risultato è un sistema ibrido che combina proprietà elettroniche, magnetiche e ottiche, con un potenziale per la tecnologia dei sensori, l'elettronica e le applicazioni quantistiche.
Le porfirine sono elementi costitutivi centrali della natura. Costituiscono la base dell’emoglobina nel sangue o della clorofilla nelle piante. In combinazione con centri metallici, acquisiscono proprietà chimiche e fisiche versatili. I ricercatori dell’Empa hanno ora sfruttato questo principio per agganciare in modo specifico le porfirine a un nanoribbon di grafene con bordi a zigzag. Il legame è stato eseguito con la massima precisione e forma una sorta di catena molecolare con distanze definite con precisione.
Il magnetismo incontra la logica quantistica
Il nastro di grafene ha un proprio magnetismo ai bordi, mentre i centri metallici delle porfirine contribuiscono al magnetismo convenzionale. Entrambi i sistemi sono stati accoppiati con successo, un passo decisivo per le applicazioni tecnologiche quantistiche. Il materiale ibrido potrebbe funzionare come una serie di qubit in rete, in cui gli spin sono utilizzati come vettori di informazioni.
Elettronica e ottica in un unico sistema
Le porfirine non sono solo magneticamente attive, ma anche otticamente efficaci. Possono emettere luce, la cui lunghezza d’onda è influenzata dallo stato magnetico. Una sorta di catena luminosa molecolare che trasmette informazioni attraverso i cambiamenti di colore. Al contrario, il sistema può essere eccitato dalla luce, che modifica la conduttività e il magnetismo del nastro di grafene. Questo apre una vasta gamma di applicazioni, dai sensori chimici ai componenti elettronici innovativi.
Mattoncini per il futuro
La sintesi di queste strutture richiede processi complessi. Sotto vuoto ultraelevato e ad alte temperature, le molecole di partenza, progettate con precisione, vengono “cotte” su una superficie d’oro per formare le catene. Sostenuto dalla Fondazione Werner Siemens, il team dell’Empa sta ora lavorando allo sviluppo di sistemi ancora più versatili, variando i centri metallici e la larghezza del grafene. L’obiettivo è creare materiali di design che costituiscano la base per le future tecnologie quantistiche.
La combinazione di porfirine e grafene apre una nuova classe di sistemi molecolari. Combina chimica, magnetismo e ottica in strutture su scala nanometrica e pone le basi per l’elettronica e la tecnologia quantistica di domani.