Interruptores Moleculares: Diseño, Funcionamiento y Aplicaciones Nanotecnológicas

Interruptores Moleculares y su Aplicación en Nanotecnología

Indique, mediante un ejemplo sencillo, qué tipo de moléculas orgánicas pueden servir como cables moleculares y, a continuación, qué grupos funcionales introduciría en su estructura para transformar dicha molécula en un interruptor molecular. Defina y explique el funcionamiento de este último dispositivo utilizado como almacén de información en nanotecnología:

Para construir un interruptor molecular a partir de un cable, es decir, un transistor molecular, el dispositivo no debe limitarse solamente a dejar pasar los electrones: ha de ser capaz de controlar el paso de la corriente. Si en la molécula existe un solapamiento correcto de orbitales p, en la molécula plana de la figura, se producirá un flujo de electrones entre ambos extremos de la molécula. Esta molécula se une a otros elementos del sistema electrónico mediante funciones químicas que contienen átomos de azufre, que fácilmente reacciona "pegándose" al oro de un conductor. Si este solapamiento se perturba mediante la introducción de ciertos grupos funcionales en uno de los anillos aromáticos, se podría girar uno de los anillos, en este caso el central, y se interrumpirá la corriente al no ser paralelos todos los orbitales p de la molécula. Para ello, se introducen los grupos funcionales nitro y amino en posición mutua para, en el anillo central, con el objetivo de introducir una asimetría en la nube pi de dicho anillo al ser uno de estos grupos de carácter dador, el amino, y el otro de carácter aceptor, el nitro. De esta forma, espontáneamente se gira el anillo central al poseer una nube pi asimétrica, por lo que el paso de corriente a través del sistema no es posible. Sin embargo, esta nube pi es muy susceptible a la acción de un potencial eléctrico externo y, a determinados valores del mismo, se produce un giro que permite que el anillo se disponga en el mismo plano que los anillos adyacentes. En este caso sí se produce el paso de corriente. La aplicación de un estímulo, en este caso un campo eléctrico que actúa sobre el anillo aromático central, provoca dos niveles diferentes de respuesta: circuito cerrado, 0, y circuito abierto, 1. Un conjunto numeroso de moléculas como la indicada proporcionan así una combinación de elementos binarios, de ceros y de unos, que podrán utilizarse en el futuro para almacenar información digitalizada. La ventaja de estos dispositivos moleculares es su pequeño tamaño en relación al que poseen los transistores empleados actualmente, basados en la tecnología de los semiconductores.

Funcionamiento de los Interruptores Moleculares

Interruptores moleculares: molécula que presenta 2 estados de una determinada propiedad que cambian por la aplicación de un estímulo externo.

• Propiedades:
  • Estructural (2 estructuras distintas)
  • Eléctricas (conductividad, V, I)
  • Magnéticas
  • Ópticas (Cambios en absorción de luz, calor, sensores luminiscencia)
• Estímulo aplicado:
  • Cambio de pH
  • Cambio de temperatura
  • Cambio de voltaje
  • Presencia ión o molécula que altere luminiscencia de los sensores

Control termodinámico: En equilibrio con el estímulo, si cesa el estímulo, la propiedad vuelve a su estado inicial.

Control cinético: Aunque cese el estímulo se mantiene la propiedad (interruptor de luz).

En todos, el estímulo varía la planaridad del sistema. Los 2 Ru tienen un L puente bifenilo (plano). En el estado oxidado es plano y hay interacción entre los 2 Ru. La reducción hace que los bifenilos giren y se interrumpe el circuito.

Tienen dobles enlaces con configuración Z/E. En las unidades aceptoras se introducen...

Interruptores Rápidos

Los interruptores implican reacciones químicas lentas. Cambio rápido vía fotoquímica. Cambio por absorción de luz por un cierre en el anillo. Inicialmente planaridad inhibida por impedimento estérico (abierto). Al cerrarse el anillo, circuito cerrado y planaridad. Se forman enlaces C-C que lo cierran.

Os y PD E.O +2, Ni puede estar en 0 y 2. El Os es la parte dadora. Con Ni(0) hay transferencia de e- de Os al Pd (circuito cerrado), y con Ni2+ lo contrario.

Puertas Lógicas

En una misma molécula se combinan 2 o más funciones, pueden almacenar más información. Varios estados.