I polimeri coniugati sono macromolecole organiche caratterizzate da una catena portante di doppi e singoli legami alternati. I loro orbitali p sovrapposti creano una nuvola di elettroni π delocalizzati, che può risultare in utili proprietà ottiche ed elettroniche. La progettazione di polimeri -coniugati è altamente auspicabile per applicazioni tecnologiche come componenti su misura per la nanoelettronica.

I polimeri coniugati sintetizzati dalla chimica umida presentano difetti incompatibili con i requisiti dell'elettronica atomica precisa. La topologia della rete di elettroni è cruciale, poiché determina la struttura elettronica dello stato fondamentale di tali materiali. È quindi interessante progettare protocolli per produrre polimeri -coniugati a basso bandgap. La chimica di superficie è una procedura promettente che consente l'ingegnerizzazione di tali macromolecole con il controllo della sintesi e della caratterizzazione strutturale su scala atomica mediante microscopia a scansione di sonda.

I ricercatori della Repubblica ceca e della Spagna hanno unito gli sforzi per progettare polimeri chimicamente robusti e a bassa banda proibita. La loro strategia non convenzionale proposta sfrutta la relazione tra π-coniugazione e modi vibrazionali specifici al fine di aumentare la frequenza dei tentativi di una reazione chimica, introducendo così l'importanza dei modi vibrazionali nella progettazione chimica su superfici.

Hanno progettato un polimero dello spessore di un atomo su Au(111) basato su monomeri bisantenici collegati da ponti cumulene che mostrano modalità vibrazionali specifiche (vedi figura, pannello sinistro). In un secondo passaggio, dopo un'ulteriore ricottura, tali modi vibrazionali guidano la reazione tra le porzioni bisanteniche adiacenti, che dà origine a un lungo polimero a ponte pentalene caratterizzato da un basso bandgap (figura, pannello di destra). La risonanza e le proprietà elettroniche dei prodotti sono state caratterizzate in dettaglio mediante microscopia a effetto tunnel (STM) e microscopia a forza atomica senza contatto (nc-AFM) supportate dallo studio della teoria del funzionale della densità (DFT) delle reazioni sulla superficie.

"I nostri risultati introducono l'importanza di adattare la forma di risonanza della -coniugazione per guidare i modi vibrazionali sulle superfici con l'obiettivo di promuovere percorsi di reazione chimica altrimenti preclusi, " dice il prof. David Écija.

"Lo studio indica che oltre allo stato di transizione, i modi vibrazionali interni del reagente possono svolgere un ruolo importante nei meccanismi di reazione, " afferma il prof. Pavel Jelínek.

"Prevediamo che i nostri risultati apriranno percorsi per progettare nanomateriali coniugati molto richiesti, mentre mostra strategie per incorporare frazioni non benzenoidi nella scienza polimerica, " dice il prof. Nazario Martín.