Inventan una molécula aspiradora de átomos que agiliza la fabricación de nanoestructuras

nvestigadores europeos (franceses y alemanes) han creado un nuevo sistema para construir estructuras atómicas. En vez de unir átomo a átomo utilizando la punta de un microscopio de efecto túnel, han utilizado una molécula capaz de aspirar, transportar y reubicar grupos de átomos sobre una superficie, lo que aumenta las posibilidades de la fabricación de materiales en laboratorio mediante el sistema de ensamblar átomos.

Tal como explican en un artículo publicado en Nature Materials, lo que realmente han conseguido estos investigadores es concebir, sintetizar y hacer trabajar a una molécula artificial para que reúna átomos metálicos, uno a uno, sobre la superficie de un metal. Science News dedica también un interesante artículo a este descubrimiento.

La molécula artificial tiene seis “patas” y cuando se la coloca con la punta de un microscopio de efecto túnel, cuatro de sus patas forman una cavidad en la que los átomos se agrupan de la misma forma que lo hacen las motas de polvo en la bolsa de una aspiradora doméstica.

Esta aspiración se consigue mediante el agrupamiento fenilo (ciclo de seis átomos de carbono) que se provoca deliberadamente en el centro de la molécula artificial. El fenilo (phenyl) es un radical orgánico que deriva del benceno, un anillo formado por seis átomos de carbono. El fenilo forma parte de numerosos productos sintéticos como los policlorobifenilos.

Una vez conseguido mediante este sistema que la cavidad de la molécula artificial se haya llenado de átomos (caben hasta cinco), se la desplaza con su carga gracias a la punta del microscopio de efecto túnel hasta su destino.

En ese punto, la molécula se retira y su carga de átomos es liberada sobre la superficie escogida con una precisión inferior a 0,1 nanometros (un nanometro es la mil millonésima parte de un metro). Las diferentes fases del proceso se controlan adaptando los parámetros del túnel, como tensión e intensidad.

Fabricación más rápida

La molécula artificial creada con esta habilidad debe facilitar la fabricación por manipulación atómica de hilos metálicos (que se usan como medio de transporte electrónico) en la superficie de un aislante y comprender mejor los fenómenos de transporte electrónico a escala atómica utilizando nanodispositivos cuya estructura está perfectamente determinada. Estas moléculas podrían ser utilizadas asimismo en la limpieza de superficies, según sus creadores.

La molécula artificial creada por estos investigadores europeos propiciará el desarrollo acelerado de la fabricación de nanoestructuras, nanodispositivos y nanomáquinas, así como la realización de conexiones eléctricas a escala atómica para intercambiar datos con una sola molécula, tareas todas ellas asociadas a la manipulación individualizada de átomos sobre una superficie.

Hasta ahora, el microscopio de efecto túnel ha sido el instrumento utilizado para este tipo de tareas. Inventado por Binning y Rohrer en 1981, el microscopio de efecto túnel es una especie de máquina capaz de revelar la estructura atómica de las partículas: permite obtener imágenes de los átomos de forma individual y a la vez manipular y reordenar a las partículas elementales.

La técnicas aplicadas por este microscopio se conocen también como "de barrido de túnel" y están asociadas a la mecánica cuántica. Se basan en la capacidad de atrapar a los electrones que escapan en ese efecto túnel, para lograr una imagen de la estructura atómica de la materia con una alta resolución, en la que cada átomo se puede distinguir de otro.

Cinco átomos

Aunque desde comienzos de los años noventa el STM ha sido el único instrumento de laboratorio que permite la observación y manipulación individualizada de átomos, la realidad es que la construcción de un nanodispositivo átomo por átomo con la punta de este microscopio es muy lenta, lo que limita a menos de un centenar el número de átomos manipulables en un tiempo razonable.

Para agilizar estos procedimientos de fabricación artificial de materia a escala atómica se ha creado la molécula aspiradora, que permite actuar con cinco átomos por cada vez y reduce el tiempo necesario para la fabricación de nanoestructuras, ya que la opción de mover átomo a átomo se potencia con la capacidad de mover grupos de átomos a la vez en una dirección precisa y adecuada.

La ciencia, la ingeniería y la tecnología en la escala nanométrica desarrollan la habilidad para trabajar en la escala molecular, átomo por átomo, para crear estructuras mayores con nuevas propiedades y funciones. De esta forma están consiguiendo un control sin precedentes sobre los elementos básicos y las propiedades de la mayor parte de las cosas naturales o construidas por el hombre. La molécula aspiradora constituye por ello un significativo avance en el campo de la nanotecnología.