Investigadores de la Universidad de Ratisbona y de la Universidad Tecnológica de Graz han demostrado que se pueden ver directamente los átomos de hidrógeno en los lados de las moléculas que se encuentran sobre una superficie. El estudio, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences , describe que mirando al lado de las moléculas se podría revelar la posición y presencia de los átomos de hidrógeno previamente ocultos.
Los átomos de hidrógeno situados en los bordes de las moléculas afectan muchas propiedades de esas moléculas, incluida la forma en que interactúan con otras moléculas. Los enlaces de hidrógeno son una de las formas más comunes de interacciones moleculares, en las que un átomo de hidrógeno cargado positivamente en un lado de una molécula es atraído por un átomo negativo en una molécula vecina.
Los enlaces de hidrógeno son de gran importancia en el campo de la síntesis superficial, en la que las moléculas primero se absorben en una superficie y luego reaccionan entre sí. Pero a pesar de su importancia, las observaciones directas de estos pequeños pero importantes átomos han sido difíciles de alcanzar.
Para visualizar las caras de las moléculas, los investigadores emplearon una técnica especializada derivada de la microscopía de fuerza atómica (AFM).
En AFM, se acerca una punta afilada a una superficie y se registran las fuerzas sobre la punta a medida que se mueve sobre la superficie. Los experimentos anteriores del AFM se centraron en la componente vertical de la fuerza y no revelaron los átomos de hidrógeno a los lados de las moléculas. Para superar esta limitación, los investigadores emplearon microscopía de fuerza lateral (LFM), que mide las fuerzas horizontales ejercidas sobre la punta del AFM.
PD Dr. Alfred J. Weymouth del grupo de trabajo del Prof. Dr. Franz J. Gießibl, titular de la Cátedra de Nanociencia Cuántica en la UR, es un destacado experto en el campo de LFM. Destacó sus capacidades únicas y afirmó:"A pesar de que no se usa ampliamente, el LFM ofrece varias ventajas sobre el AFM convencional, incluida una excepcional sensibilidad a la distancia, que permite la extracción de parámetros físicos de una sola imagen y la capacidad de cuantificar fuerzas de fricción. deslizando un solo átomo a través de enlaces químicos."
Al medir la fuerza lateral ejercida sobre la punta del AFM en los bordes de las moléculas, el Dr. Weymouth y sus compañeros pudieron visualizar directamente los átomos de hidrógeno. Los datos brutos de los experimentos podrían compararse directamente con cálculos teóricos, proporcionando una comprensión más profunda de las interacciones atómicas en juego.
Si bien las interacciones átomo-átomo a menudo se modelan utilizando funciones simplificadas dependientes de la distancia, la comparación de estos modelos con los datos experimentales reveló las limitaciones de estas aproximaciones, destacando la importancia de incorporar factores adicionales en estos marcos teóricos. Esta información es valiosa tanto para las investigaciones de AFM como de LFM, ya que permite a los investigadores perfeccionar su comprensión de las interacciones atómicas básicas.
La capacidad de observar directamente los átomos de hidrógeno marca un avance significativo para los investigadores, ya que proporciona una poderosa herramienta para dilucidar los intrincados mecanismos y los pasos intermedios de las reacciones químicas en la superficie. Este avance tiene un inmenso potencial para acelerar el progreso en diversos campos, incluida la catálisis superficial y las interacciones moleculares dentro del cuerpo humano.
El desarrollo de esta novedosa técnica representa un importante paso adelante en nuestra comprensión del mundo microscópico, abriendo nuevas vías para la investigación y la innovación. Al visualizar directamente el comportamiento de los átomos de hidrógeno, los investigadores pueden obtener conocimientos más profundos sobre los procesos fundamentales que gobiernan las interacciones de las moléculas, allanando el camino para avances transformadores en diversos campos.
Más información: Shinjae Nam et al, Exploración de interacciones en el plano junto a una molécula adsorbida con microscopía de fuerza lateral, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2311059120
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Ratisbona
