Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações

• Processo: 18/24525-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de março de 2019
• Vigência (Término): 18 de janeiro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
• Pesquisador responsável: Paulo Roberto Bueno
• Beneficiário: Edgar Fabian Pinzon Nieto
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 17/24839-0 - Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/05158-0 - Explorando o sinal de capacitância quântica em transistores de efeito de campo de grafeno com porta eletrolítica para aplicações biosensoras, BE.EP.DD
• Assunto(s): Eletrônica molecular Eletroquímica Ligação química Impedância elétrica Espectroscopia de impedância Técnicas de diagnóstico molecular
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Impedance spectroscopy | molecular electrochemistry | molecular electronics | nanoelectronics | Eletroquímica e Eletroanalística

Resumo

A ligação química covalente de moléculas sobre eletrodos condutores e o controle das propriedades da junção em nanoescala é o estado da arte para eletrônica molecular e eletroquímica molecular. Na presente proposta, sugerimos medir processos eletrônicos dependentes do tempo como acessados por métodos de impedância para estudos fundamentais e aplicações de diferentes tipos de junções de nanoescala em um ambiente eletroquímico. Os métodos de impedância devem ser suportados por outras técnicas complementares, como sonda de kelvin, microscopia eletroquímica de varredura, espectroscopia de infravermelho de transformação de Fourier e simulações computacionais. A essência da problemática é que recentemente foi demonstrado que o fenômeno capacitivo e resistivo envolvido com a dinâmica dos elétrons em uniões em escala molecular embutidos em um ambiente eletrólito são regidos por princípios mesoscópicos. Embora isso seja demonstrado, a física mesoscópica da nanoeletrônica e a eletroquímica são marginalmente exploradas até agora. Em particular, foi demonstrado (pelo nosso grupo de pesquisa) que a eletroquímica de um conjunto molecular bidimensional feito de contatos de pontos moleculares individuais é um caso particular de um circuito de capacitação de resistência quântica. A troca de corrente elétrica intrínseca (ressonância) entre os locais acessíveis eletroquímicos e o eletrodo é iluminada considerando conjuntos quânticos capacitivos quânticos (uma coleção de contatos de pontos quânticos individuais paralelos) de tal forma que a taxa de transferência de elétrons, que regula a taxa de eletroquímica reações, é dada por k = G / C¼, em que C¼ é a capacitância eletroquímica e G é a condutância que acompanha a fórmula de Landauer. Surpreendentemente, esta equação simples reconcilia eletrônica molecular e eletroquímica e sua utilidade é demonstrada no acesso à energia para o carregamento de interruptores redox moleculares (na energia Fermi da interface) e, portanto, usam esses switches como transdutores de energia em diagnósticos moleculares. Além disso, os conceitos também foram aplicados na obtenção da condutância de nanofios de DNA (em diferentes vertentes duplas quimicamente projetadas) e, finalmente, em explicar o fenômeno de supercapacitação de camadas moleculares de grafeno reduzidas. Mesmo assim, o uso de interruptores moleculares especificamente projetados e camadas semicondutoras (orgânicas ou inorgânicas) sob diferentes condições estimulativas elétricas ou ópticas ainda não estão totalmente explorados tanto em características fundamentais como experimentais, de modo que este constitui o objetivo principal da presente proposta aliada à continuação da pesquisa de interruptores projetados para diagnóstico molecular. Para isso, estamos reunindo diferentes expertises. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

GARROTE, BEATRIZ LUCAS; LOPES, LAIS C.; PINZON, EDGAR F.; MENDONCA-NATIVIDADE, FLAVIA C.; MARTINS, RONALDO B.; SANTOS, ADRIANO; ARRUDA, EURICO; BUENO, PAULO R.. Reagentless Quantum-Rate-Based Electrochemical Signal of Graphene for Detecting SARS-CoV-2 Infection Using Nasal Swab Specimens. ACS SENSORS, v. 7, n. 9, p. 9-pg., 2022-09-01. (17/24839-0, 18/23577-5, 18/24525-9, 20/12854-8, 18/26273-7)