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  • Resolver la movilidad de una sola molécula

    Figura 1:Las versiones a escala molecular de dispositivos como chips de computadora están ahora un paso más cerca gracias a un nuevo estudio de microscopía realizado por investigadores en Japón. Copyright:2010 iStockphoto / imagestock

    Los nanotecnólogos ensamblan intrincados nanodispositivos, como chips de computadora, molécula por molécula utilizando técnicas "de abajo hacia arriba" que reflejan la naturaleza. Un enfoque transporta moléculas a lo largo de las superficies en arreglos nuevos y funcionales utilizando electrones de la punta de un microscopio de efecto túnel de barrido (STM). Sin embargo, debido a que la transferencia de energía entre la punta de la escala atómica y la sustancia química de la superficie implica muchas interacciones complejas, Actualmente se necesitan esfuerzos laboriosos para comprender incluso las reacciones más simples.

    Resultados de un nuevo estudio teórico y experimental, sin embargo, pronto permitirá a los no especialistas construir fácilmente dispositivos moleculares. Kenta Motobayashi y Yousoo Kim del Instituto de Ciencias Avanzadas RIKEN en Wako y sus colegas de RIKEN y universidades japonesas han desarrollado una fórmula matemática que describe cómo las vibraciones moleculares inducidas por STM se acoplan con movimientos dinámicos en superficies, lo que permite un cálculo preciso de la energía y el número de electrones necesarios para iniciar los movimientos de una sola molécula.

    Cuando los científicos usan un STM para realizar un movimiento molecular sencillo, por ejemplo, Al hacer que los compuestos de monóxido de carbono (CO) "salten" sobre superficies de paladio, ven que la fracción de movimientos exitosos depende en gran medida del voltaje aplicado. Para CO, esto se debe a que saltar de un sitio de superficie a otro requiere un electrón de efecto túnel para iniciar una vibración de estiramiento específica. En el rango de voltaje correspondiente a esta energía vibratoria, El salto de CO puede aumentar exponencialmente, dando lugar a los llamados "espectros de acción":curvas de rendimiento de movimiento versus voltaje con formas características de reacciones superficiales particulares.

    Motobayashi, Kim y sus colegas buscaron descubrir los mecanismos microscópicos detrás de la difusión estimulada por STM al proponer una fórmula que relaciona los rendimientos del movimiento con la eficiencia de transferencia de energía necesaria para excitar las vibraciones que desencadenan reacciones. mientras que también tiene en cuenta las interacciones térmicas. El ajuste de los espectros de acción del CO a esta fórmula reveló las magnitudes exactas de las propiedades críticas de la reacción, como energías vibratorias y constantes de velocidad, porque las curvas espectrales eran muy sensibles a pequeñas modificaciones de los parámetros de ajuste.

    Es más, La nueva ecuación del equipo demostró ser lo suficientemente versátil como para analizar los movimientos más complejos del buteno (C 4 H 8 ) moléculas en paladio, un proceso que involucra múltiples excitaciones. El análisis de los espectros de acción del buteno con la fórmula mostró la presencia de tres vibraciones distintas y permitió el cálculo del orden de reacción, una propiedad química fundamental que identifica el número de electrones tunelizados necesarios para iniciar el movimiento de la superficie.

    Según Motobayashi, las sorprendentes capacidades de este método simple deberían expandir las prácticas de nanotecnología de abajo hacia arriba. “Espectroscopia de acción basada en STM, que puede identificar con precisión especies químicas gracias a nuestros accesorios espectrales, promete contribuir en gran medida a la técnica de composición de dispositivos moleculares, ”, Afirma.


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