Físicos de la Universidad de Bath han descubierto cómo manipular moléculas individuales durante una millonésima de una millonésima de segundo, controlando la materia a un límite extremo.

Su nueva técnica es la forma más sensible de controlar una reacción química en algunas de las escalas más pequeñas en las que los científicos pueden trabajar, a nivel de molécula individual. Abrirá las posibilidades de investigación en los campos de la nanociencia y la nanofísica.

Un experimento en el límite extremo de la nanociencia llamado ‘manipulación molecular STM’ se utiliza a menudo para observar cómo las moléculas individuales reaccionan cuando se excitan mediante la adición de un solo electrón.

Un químico tradicional puede usar un tubo de ensayo y un mechero Bunsen para generar una reacción; aquí usaron un microscopio y su corriente eléctrica para controlar la reacción. La corriente es tan pequeña que se parece más a series de electrones individuales que golpean la molécula objetivo. Pero todo este experimento es un proceso pasivo: una vez que el electrón se agrega a la molécula, los investigadores solo observan lo que sucede.

Pero cuando Kristina Rusimova revisó sus datos del laboratorio mientras estaba de vacaciones, descubrió algunos resultados anómalos en un experimento estándar, que en posteriores investigaciones no podría ser explicado. Cuando se sube la corriente eléctrica, las reacciones siempre son más rápidas, excepto que aquí no fue así.

Rusimova y sus colegas pasaron meses pensando en posibles explicaciones para desacreditar el efecto y repetir los experimentos, pero finalmente se dieron cuenta de que habían encontrado una manera de controlar los experimentos de una sola molécula en un grado sin precedentes, en una nueva investigación publicada en Science.

El equipo descubrió que al mantener la punta de su microscopio muy cerca de la molécula que se estudia, dentro de 600-800 trillones de metros, la duración de cuánto tiempo se adhiere el electrón a la molécula objetivo se puede reducir en más de dos órdenes de magnitud, y así puede controlarse la reacción resultante, que conduce aquí moléculas de tolueno individuales para despegarse (desorber) de una superficie de silicio.

El equipo cree que esto se debe a que la punta y la molécula interactúan para crear un nuevo estado cuántico, que ofrece un nuevo canal para que el electrón salte de la molécula, reduciendo así el tiempo que el electrón pasa en la molécula y reduciendo las posibilidades de que electrón causando una reacción.

En su punto más sensible, esto significa que el tiempo de la reacción se puede controlar por su límite natural a 10 femtosegundos hasta solo 0,1 femtosegundos.

Rusimova dijo en un comunicado: «Esto fue información de un experimento completamente estándar que estábamos haciendo porque pensamos que habíamos agotado todas las cosas interesantes, esto era solo un control final. Pero mis datos parecían ‘incorrectos’ – se suponía que todos los gráficos iban a ir arriba y el mío cayó «.

Peter Sloan, autor principal del estudio, agregó: «Si esto era correcto, teníamos un efecto completamente nuevo, pero sabíamos que si íbamos a anunciar algo tan llamativo, necesitábamos hacer algún trabajo para asegurarnos de que sea real y no hasta falsos positivos «.

«Siempre pienso que nuestro microscopio es un poco como el Halcón Milenario, no demasiado elegante, unido por la gente que lo dirige, pero absolutamente fantástico en lo que hace. Entre Kristina y la estudiante de doctorado Rebecca Purkiss el nivel de control espacial que tenían sobre el microscopio fue la clave para desbloquear esta nueva física «.

Sloan agregó: «El objetivo fundamental de este trabajo es desarrollar las herramientas que nos permitan controlar la materia en este límite extremo. Ya sea rompiendo los enlaces químicos que la naturaleza realmente no desea que se rompan, o produciendo arquitecturas moleculares que están termodinámicamente prohibidas. Nuestro trabajo ofrece una nueva ruta para controlar las moléculas individuales y su reacción. Básicamente, tenemos un nuevo dial que podemos configurar al ejecutar nuestro experimento. La naturaleza extrema de trabajar en estas escalas hace que sea difícil hacerlo, pero tenemos una resolución extrema y reproducibilidad con esta técnica».

Fuente: europapress.es