Usando métodos de aprendizado de máquina, os pesquisadores da TU Graz podem prever a formação da estrutura de moléculas funcionalizadas nas interfaces de materiais híbridos. Agora eles também conseguiram olhar para trás das forças motrizes dessa formação de estrutura.
A produção de nanomateriais envolve processos de automontagem de moléculas funcionalizadas (orgânicas) em superfícies inorgânicas. Esta combinação de componentes orgânicos e inorgânicos é essencial para aplicações em eletrônica orgânica e outras áreas da nanotecnologia.
Até agora, certas propriedades de superfície desejadas eram freqüentemente alcançadas em uma base de tentativa e erro. As moléculas foram modificadas quimicamente até que o melhor resultado para a propriedade de superfície desejada fosse encontrado. No entanto, os processos que controlam a automontagem de moléculas em interfaces são tão complexos que pequenas mudanças moleculares podem levar a motivos completamente diferentes. Físicos da TU Graz explicam essa inesperada formação de estrutura em um estudo publicado na renomada revista ACS Nano.
Para isso, os pesquisadores estudaram compostos quinóides em uma superfície de prata. O primeiro autor, Andreas Jeindl, do Instituto de Física do Estado Sólido, explica: “Ingenuamente, pode-se esperar que moléculas com tamanhos ligeiramente diferentes, mas com a mesma funcionalização, formem motivos semelhantes. Em notável contraste, nosso estudo teórico e experimental conjunto mostra que as quinonas podem formar estruturas diversas . Apesar das constantes condições iniciais, a formação dessas estruturas não pode ser prevista e planejada sem o conhecimento detalhado das interações relevantes. ”
Três forças motrizes opostas
Os pesquisadores em Graz, junto com uma equipe da FSU Jena, agora começaram a quebrar essa imprevisibilidade. Eles descobriram que a formação da estrutura é o resultado de uma troca entre três forças motrizes opostas: a interação entre as moléculas e o metal tenta forçar todas as moléculas na mesma orientação, enquanto a interação entre as moléculas às vezes favorece orientações diferentes. As formas geométricas das moléculas atuam então como um terceiro fator, impedindo ou permitindo apenas parcialmente certas interações.
Com base nisso, eles foram capazes de estabelecer um princípio de design com o qual as estruturas que se formam nas interfaces e, subsequentemente, suas propriedades podem ser previstas – pelo menos para uma primeira classe de moléculas. Um papel essencial é desempenhado por um algoritmo de busca (SAMPLE) baseado em aprendizado de máquina. Jeindl elabora: “Fomos capazes de mostrar nesta publicação que as estruturas previstas por nosso algoritmo estão em excelente acordo com as caracterizações experimentais de interfaces orgânico-inorgânicas – tanto em como as moléculas se orientam na superfície quanto em como os motivos se repetem na Além disso, nossa análise, pela primeira vez, permitiu uma análise detalhada e quantitativa das forças motrizes, não apenas das estruturas formadas experimentalmente, mas de fato de todas as estruturas concebíveis. Este é um importante olhar nos bastidores de formação de estrutura. ”
Propriedades interfaciais com blocos de construção modulares
A interação não intuitiva de mecanismos de interação igualmente importantes permanece um desafio para o design de interfaces funcionais. Com uma investigação detalhada de todas as forças motrizes, no entanto, os físicos da TU Graz são capazes de conceber um princípio de design para a automontagem de moléculas funcionalizadas para uma determinada classe de moléculas. Uma vez que haja análises suficientes para diferentes classes de moléculas, as moléculas certas para as propriedades interfaciais desejadas podem ser facilmente montadas no computador a partir de blocos de construção modulares.
Publicado em 20/04/2021 12h46
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