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Nuevo hito científico: diferenciación de enlaces químicos en moléculas individuales

La financiación de la Unión Europea ha contribuido a lograr un nuevo hito científico. Empleando la técnica del microscopio de fuerza atómica (MFA) de no-contacto, un equipo de científicos ha logrado distinguir los enlaces químicos de moléculas individuales. Gracias a este logr...

La financiación de la Unión Europea ha contribuido a lograr un nuevo hito científico. Empleando la técnica del microscopio de fuerza atómica (MFA) de no-contacto, un equipo de científicos ha logrado distinguir los enlaces químicos de moléculas individuales. Gracias a este logro, ahora los científicos de todo el mundo podrán explorar moléculas y átomos a la menor escala posible. Este descubrimiento podría ser importante para el estudio de los dispositivos fabricados con grafeno. Actualmente, tanto la industria como la ciencia están estudiando la aplicación de estos dispositivos en ámbitos como las comunicaciones inalámbricas de banda ancha o las pantallas electrónicas. La investigación fue financiada en el marco de varios proyectos europeos, entre ellos Artist, Herodot y CEMAS, y también por el Ministerio de Economía y Competitividad de España y la Xunta de Galicia. Los resultados logrados por este equipo científico se han publicado en un número reciente de la revista Science. El científico de IBM Leo Gross explicó su hallazgo: «Hemos encontrado dos mecanismos de contraste diferentes para distinguir los enlaces. El primero se basa en pequeñas diferencias en la fuerza medida sobre los enlaces. Esperábamos este tipo de contraste pero ha sido un reto el resolverlo», matizó. «El segundo mecanismo de contraste verdaderamente llegó por sorpresa: los enlaces aparecieron con diferentes longitudes en las medidas del MFA. Con la ayuda de cálculos computacionales encontramos que la inclinación de la molécula de monóxido de carbono en el ápice de la punta de la sonda era la causa del contraste.» Los investigadores visualizaron el orden y la longitud de los enlaces individuales entre átomos de carbono en nanoestructuras de fullerenos C60, también llamado buckyesfera o buckyball por su forma de balón de fútbol, y dos hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH) planos similares a pequeños copos de grafeno. El primer fullereno se descubrió en 1985 y el Buckminsterfullereno (C60) recibió ese nombre como homenaje al ingeniero y arquitecto Buckminster Fuller, pues se parecía a sus cúpulas geodésicas. Los PAH fueron sintetizados por el Centro de Investigacion en Quimica Bioloxica e Materiais Moleculares (CIQUS) de la Universidade de Santiago de Compostela (España) y el Centre national de la recherche scientifique (CNRS) de Toulouse, Francia. Pero no todos los enlaces son iguales. Los enlaces individuales entre los átomos de carbono de estas moléculas difieren ligeramente en su longitud y fuerza. Todas las propiedades importantes desde el punto de vista químico, electrónico y óptico de dichas moléculas guardan relación con las diferencias que presentan los enlaces en los sistemas poliaromáticos. Pero ahora, por primera vez, se ha podido observar estas diferencias en moléculas y enlaces individuales. Esta nueva capacidad podría ampliar la comprensión de las características más básicas de moléculas individuales, lo cual reviste importancia para la investigación sobre dispositivos electrónicos novedosos, células solares orgánicas y diodos orgánicos emisores de luz (OLED). Más concretamente, quizás se pueda llegar a estudiar la relajación de los enlaces alrededor de los defectos en el grafeno, y también los cambios en los enlaces en las reacciones químicas y los estados excitados. Anteriormente estos investigadores ya habían logrado obtener imágenes de la estructura química de moléculas individuales, pero no de las leves diferencias entre enlaces. La discriminación del orden de los enlaces está próximo al actual límite de resolución de esta técnica; con frecuencia otros efectos ocultan el contraste necesario para distinguir dicho orden. Por ello los científicos tuvieron que seleccionar y sintetizar moléculas en las que se pudiera eliminar cualquier efecto que crease interferencias. Con el fin de corroborar los hallazgos experimentales y conocer más a fondo la naturaleza exacta de los mecanismos de contraste, el equipo realizó cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT). De este modo, calcularon la inclinación de la molécula de CO en el ápice de la punta de la sonda que tiene lugar durante el proceso de visualización. Observaron que dicha inclinación da lugar a una amplificación que proporciona imágenes tan nítidas de los enlaces como las obtenidas.Para más información, consulte: Revista Science: http://www.sciencemag.org CEMAS: http://www.zurich.ibm.com/

Países

Suiza, España, Francia

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