Identifying conductance pathways in single porphyrin molecules

Abstract

La utilización de moléculas aisladas como componentes electrónicos es una idea fascinante que ha atraído la atención de múltiples áreas de la física esta última década. Pero la capacidad de controlar el transporte de cargas a través de dichas moléculas depende fuertemente en nuestro conocimiento de sus mecanismos de conductividad y del sendero que recorren las cargas al interior de las moléculas. Con el motivo de estudiar este fenómeno, se midieron exhaustivamente siete diferentes derivativos de porfirinas con estructuras similares. Para medir la conductancia de de moléculas aisladas de porfirina se utilizó la técnica de ruptura de juntura mecánicamente controlada (MCBJ por sus siglas en inglés). Esta técnica utiliza nano-dispositivos fabricados mediante litografía en el cual un puente de oro de 100 nm de ancho queda suspendido al centro de la muestra. Esta es flexionada con el fin de quebrar y, luego, unir el cable de oro, formando nano-electrodos en los extremos de este. Con esta técnica, una molécula puede ser atrapada para luego medir la corriente a través de esta. Decenas de miles de curvas de conductividad fueron medidas. Para el análisis de estos datos se utilizó un algoritmo de clasificación imparcial basado en aprendizaje de máquinas, en particular se utilizó el algoritmo K-Means, el cual hace uso de la distancia o correlación de cada evento para clasificar las mediciones en diferentes clases. Al aplicar este método en nuestro experimento se pudieron relacionar los diferentes valores de conductividad medidos con rutas específicas dentro de la molécula por la cual las cargas pueden fluir. La correlación entre la presencia de cada clase en porfirinas con bloques estructurales similares permitió su asignación la ruta correspondiente. Con la serie de porfirinas medidas se pudieron distinguir tres diferentes rutas de conductividad en un rango mayor a cuatro órdenes de magnitud. La primera y principal corresponde a la molécula completamente extendida, de manera tal que la conductividad se maximiza. Otras clases con menor conductividad fueron observadas y se atribuyeron a la presencia de grupos espaciadores fenileno-acetileno en la molécula