La presente propuesta de proyecto de investigación pretende darle continuidad a la línea de investigación que se empezó con el apoyo de un proyecto PAPIIT en la convocatoria anterior. Debido a dificultades técnicas inherentes a este tipo de experimentos (preparación de la superficie, fallas instrumentales), no logramos nuestros objetivos al 100%. Sin embargo, dada la importancia de la línea de investigación y el esfuerzo y tiempo que se ha dedicado a la misma, solicitamos el apoyo para este proyecto por un segundo período, lo que permitiría además concluir el trabajo de tesis de doctorado del estudiante asociado al proyecto a través del otorgamiento de una beca. Se predice que en la industria semiconductora para el año 2014, las dimensiones laterales de los circuitos alcanzarán los 35nm, y aún dimensiones más pequeñas en la dirección vertical. Como el tamaño de las moléculas son del orden de fracciones de nanómetros, se desprende que las futuras tecnologías dependerán de la funcionalidad a nivel de moléculas y átomos individuales. Existen dos enfoques para crear patrones y dispositivos en superficies de una manera controlada y reproducible: técnicas de "arriba-hacia-abajo" (top-down) y técnicas de "abajo-hacia-arriba" (bottom-up). Los métodos de "arriba-hacia-abajo" esencialmente imponen una estructura o patrón en el substrato que se está procesando (por ejemplo, litografía). En contraste, los métodos de "abajo-hacia-arriba" tienden a "guiar" el ensamble de los constituyentes atómicos y moleculares en estructuras organizadas, aprovechando las fuerzas de interacción molécula-molécula y/o molécula-substrato: átomos o moléculas (o ambos) se depositan sobre un substrato (en vacío, condiciones ambientales o en solución) y como consecuencia, estructuras nanométricas emergen como resultado de una multitud de procesos atomísticos. Este es un escenario de no-equilibrio, donde el crecimiento es gobernado por una competencia entre la cinética y consideraciones termodinámicas. La motivación para depositar o adsorber moléculas orgánicas en un material semiconductor por ejemplo, estriba en el deseo de impartir alguna propiedad del material orgánico al dispositivo semiconductor, aprovechando la propiedad de autoensamble de algunas moléculas. En este proyecto, nos proponemos continuar con el estudio de los fenómenos de adsorción de moléculas orgánicas sobre superficies semiconductoras de interés tecnológico (Si), así como en superficies metálicas. Utilizando nuestra experiencia en ciencia de superficies, en un sistema controlado de ultra alto vacío podemos preparar la superficie de interés y adsorber de manera controlada, moléculas orgánicas (e.g. alquenos, alquinos) y estudiar los mecanismos de la reacción química, en el caso de superficies reactivas como las de silicio, generalmente mediante un enlace tipo Si-C, y en superficies metálicas de empaquetamiento compacto (Au). Nos interesa estudiar los mecanismos de auto-ensamble o de reacción en cadena de moléculas orgánicas sobre semiconductores y metales, en algunos casos aprovechando la anisotropía de una superficie reconstruida, metálica o semiconductora, para producir crecimiento molecular auto-ensamblado. La microscopía de efecto túnel (STM) es la técnica adecuada para estudiar estas reacciones a nivel atómico.

Durante el último año, hemos logrado importantes avances. Experimentos del tipo que nos proponemos realizar son difíciles, ya que requiere de equipo sofisticado y frecuentemente susceptible a fallas técnicas. Sin embargo, hemos logrado limpiar y reconstruir superficies de silicio en ultra alto vacío (UHV) y caracterizarlas por difracción de electrones. Recientemente implementamos exitosamente el sistema de introducción de moléculas orgánicas a la cámara de UHV. En experimentos recientes, estudiando la molécula DTC (dithiolcarbamazepina), logramos obtener imágenes de STM que muestran el comportamiento de autoensamble tridimensional de estas moléculas cuando se adsorben en una superficie metálica de Au. Generalmente el fenómeno de autoensamble se da en dos dimensiones sobre una superficie, y son pocos los casos reportados de una molécula orgánica autoensamblada tridimensionalmente. Entender los mecanismos y las condiciones bajo las cuales este fenómeno se presente, puede contribuir a extender nuestros resultados a otros sistemas moleculares orgánicos. En la parte experimental, tenemos amplia experiencia en el estudio de los mecanismos de adsorción de especies sobre diferentes superficies. Hemos trabajado en la adsorción de halógenos sobre superficies metálicas, tanto en condiciones de ultra alto vacío, como en ambiente electroquímico, en todos los casos utilizando los microscopios de efecto túnel (STM) como herramienta principal construidos en nuestro laboratorio.