Los físicos alemanes de la Technische Universitaet Muenchen (TUM) se están preparando para las pruebas experimentales de los hallazgos a los que llegaron a través de consideraciones teóricas:que las reacciones electroquímicas tienen lugar más rápidamente en casos aislados, electrodos de escala nanométrica que en sus homólogos macroscópicos familiares, y que este comportamiento sorprendente se debe al ruido térmico.
La profesora Katharina Krischer y el Dr. Vladimir García-Morales publicaron sus resultados a principios de este año en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ). El proyecto cuenta con el apoyo del Instituto TUM de Estudios Avanzados, que enfatiza la investigación científicamente "arriesgada" que puede tener potencial para crear nuevos campos de tecnología.
Los procesos familiares toman giros desconocidos cuando se observan en la nanoescala, donde los modelos que describen con precisión los fenómenos macroscópicos pueden no ser confiables, o incluso aplicable. Reacciones electroquímicas, por ejemplo, que normalmente parecen avanzar sin problemas, parecen detenerse y tropezar en el nanomundo. Cuando los electrodos involucrados tienen menos de diez nanómetros de ancho, El azar juega un papel más importante:el movimiento aleatorio de moléculas hace que el momento exacto de las reacciones sea impredecible.
Ahora, sin embargo, tal proceso puede ser descrito por un modelo teórico desarrollado por los físicos de TUM. Demostraron su método en un estudio de reacciones a nanoescala, publicado en PNAS , que presentó una nueva "ecuación maestra" electroquímica subyacente al modelo. Sus resultados muestran que el ruido térmico, es decir, la aleatoriedad del movimiento molecular y las reacciones individuales de transferencia de electrones - en realidad juega un papel constructivo en un sistema electroquímico a nanoescala, mejorar las velocidades de reacción.
"El efecto previsto es sólido, "dice el Dr. Vladimir García-Morales, recientemente nombrado Carl von Linde Junior Fellow del TUM Institute for Advanced Study, "y debería aparecer en muchas situaciones experimentales". Para ver por sí mismos, los investigadores han dirigido su atención del pizarrón y la computadora a la mesa de laboratorio. Sus experimentos presentan varios desafíos técnicos. Uno no es solo fabricar electrodos en forma de disco con un radio de solo tres a diez nanómetros, sino también para determinar con precisión el área del electrodo. Otro requisito difícil es configurar la electrónica para minimizar el ruido de fuentes externas, para asegurarse de la influencia de los internos, se puede observar ruido molecular.
"Un aspecto importante, "El Dr. García-Morales dice:"es que el efecto informado puede cambiar nuestra opinión sobre las propiedades colectivas de muchos electrodos. La intuición común sugiere que si uno hace que el área del electrodo sea diez veces más grande, la corriente sería diez veces mayor. Pero, como mostramos con nuestra teoría, la proporcionalidad ya no se mantiene cuando la dimensión del electrodo se vuelve tan pequeña como unos pocos nanómetros ".
La validación experimental también podría ayudar a trasponer la teoría de los investigadores de TUM a una variedad de situaciones. Dicen que su método tiene en cuenta los efectos que los modelos macroscópicos no pueden explicar y podrían resultar útiles para abordar una variedad de preguntas de investigación. "La aplicabilidad de la ecuación maestra electroquímica está de hecho más allá del problema específico abordado en la publicación, "Destaca la profesora Katharina Krischer." Establece un marco general para los procesos estocásticos que involucran reacciones de transferencia de electrones. Por ejemplo, ahora lo usamos para predecir la calidad de los relojes electroquímicos a nanoescala ".
