En un futuro no muy lejano, los investigadores pueden construir átomos según sus especificaciones con solo hacer clic en un botón. Sigue siendo materia de ciencia ficción pero un equipo de la Universidad de Colorado en Boulder informa que se está acercando cuando se trata de controlar y ensamblar partículas llamadas "átomos grandes".

La nueva investigación, que se publicará el 29 de mayo en Naturaleza , se centra alrededor de partículas coloidales que, cuando se mezcla con cristales líquidos, actúan de forma muy parecida a los elementos de la tabla periódica. Estas partículas dan a los físicos la oportunidad de probar cómo el hidrógeno, el helio y otros átomos se comportan e interactúan sin necesidad de acercarse al nivel atómico.

Al exponer los átomos grandes a diferentes tipos de luz, por ejemplo, el equipo demostró que podía cambiar sus cargas con solo presionar un interruptor. En otras palabras, las partículas que alguna vez se atrajeron entre sí ahora se repelen entre sí.

"Porque tenemos tanto control, tenemos la capacidad de diseñar cómo se ensamblan estas partículas y qué propiedades tienen, "dijo Ivan Smalyukh, profesor del Departamento de Física. "Es como un juego de herramientas de diseño".

Ese juego de herramientas de diseñador comienza con un ingrediente simple:cristales líquidos.

Estos materiales, que proporcionan imágenes nítidas en la pantalla de su teléfono inteligente, a menudo se componen de moléculas en ordenadas disposiciones, como varillas que apuntan en una sola dirección.

En la última década más o menos, sin embargo, Los científicos han notado algo extraño en estos materiales parecidos a fluidos. Si dejas caer partículas, como granos microscópicos de sílice, en cristales líquidos, las moléculas que alguna vez estuvieron ordenadas en el interior se doblarán y aplastarán para dejar espacio para las nuevas adiciones, un poco como empujar a un liniero de fútbol a un vagón de metro ya abarrotado.

Y, notablemente, la forma en que esos cristales líquidos se doblan puede ser matemáticamente análoga a las estructuras de las capas de electrones de los átomos.

"La forma en que los cristales líquidos se doblan alrededor de las partículas es muy importante, "dijo Smalyukh, también en el Programa de Ingeniería en Ciencia de Materiales y el Departamento de Electricidad, Computadora, e Ingeniería Energética. "Cuando interrumpes esas moléculas, cuesta energía, y esa energía genera interacciones interesantes ".

Doble las moléculas de cristal líquido de la manera correcta y los trozos de sílice chocarán entre sí como si fueran dos átomos unidos entre sí. pero mucho más grande.

El problema, Smalyukh dijo:es que hasta hace poco, los científicos tenían muy poco control sobre esas grandes interacciones de átomos. Su grupo tenía la solución.

Para hacer su mezcla coloidal única, Smalyukh y sus colegas utilizaron trozos de sílice en forma de hexágonos para sus grandes átomos. Pero antes de dejar caer esas partículas en cristales líquidos, los investigadores los cubrieron con un tipo de tinte que rota cuando se exponen a diferentes tipos de luz.

Cuando los investigadores expusieron su mezcla a cierto tipo de luz azul, las moléculas de cristal líquido se doblarían alrededor de los hexágonos siguiendo un patrón. Use un tipo diferente de luz y se doblarán de una manera completamente diferente.

El grupo informó que podían cambiar la carga efectiva de un gran átomo de positivo a negativo y viceversa por capricho.

"Es casi como si pudieras hacer brillar la luz y convertir la materia en antimateria, "dijo Ye Yuan, investigador postdoctoral en física y autor principal del nuevo estudio. Otros coautores fueron los postdoctorados Qingkun Liu y Bohdan Senyuk.

Y, Yuan dijo:el equipo pudo controlar esas interacciones utilizando una lámpara ordinaria con un filtro, sin necesidad de láseres de alta potencia.

"En principio, podríamos tener un buen día soleado en Colorado y llevar nuestras muestras afuera y ver esas interacciones, "Dijo Yuan.

Lo que lo entusiasma por lo que el equipo podría construir con estos grandes átomos. Los investigadores creen que, con los ajustes adecuados, podrían usar su método para ensamblar partículas de formas únicas, crear estructuras atómicas falsas que no existen en la naturaleza y luego disolver esas estructuras con la misma facilidad.

"En algunas formas, todavía tenemos que averiguar qué podemos hacer con esto, "Dijo Smalyukh.

¿Construyendo su propia tabla periódica desde cero? Manténganse al tanto.