¿Es un ovni? No. Es la distribución de probabilidad de una molécula de hidrógeno en rotación atrapada dentro de una jaula de clatrato orgánico. Crédito:Tim Strobel.
Un equipo de científicos que incluye a Tim Strobel y Venkata Bhadram de Carnegie ahora informan sobre el comportamiento cuántico inesperado de las moléculas de hidrógeno, H 2 , atrapados dentro de pequeñas jaulas hechas de moléculas orgánicas, demostrando que la estructura de la jaula influye en el comportamiento de la molécula aprisionada en su interior.
Una comprensión detallada de la física de los átomos individuales que interactúan entre sí a nivel microscópico puede conducir al descubrimiento de nuevos fenómenos emergentes, ayudar a guiar la síntesis de nuevos materiales, e incluso ayudar al desarrollo de fármacos en el futuro.
Pero a escala atómica, el clásico, el llamado newtoniano, las reglas de la física que aprendiste en la escuela no se aplican. En la arena de lo ultra-pequeño, diferentes reglas, gobernado por la mecánica cuántica, son necesarios para comprender las interacciones entre átomos donde la energía es discreta, o discontinuo, y donde la posición es inherentemente incierta.
El equipo de investigación, incluido Anibal Ramirez-Cuesta, Luke Daemen, y Yongqiang Cheng del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, así como Timothy Jenkins y Craig Brown, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, herramientas espectroscópicas utilizadas, incluido el espectrómetro de neutrones inelásticos de última generación llamado VISION en la fuente de neutrones de espalación, examinar la dinámica a nivel atómico de un tipo especial de estructura molecular llamada clatrato.
Los clatratos consisten en una estructura de celosía que forma jaulas, atrapando otros tipos de moléculas en su interior, como una prisión a escala molecular. El clatrato que estudió el equipo, llamado β-hidroquinona, consistía en jaulas hechas de moléculas orgánicas que atrapan H 2 . Solo una H 2 molécula está presente dentro de cada jaula, por lo que el comportamiento cuántico de las moléculas aisladas podría examinarse en detalle.
"Los ejemplos prácticos de partículas aisladas de influencia cuántica que están atrapadas dentro de espacios bien definidos brindan la oportunidad de sondear la dinámica en condiciones que se acercan a la perfección similar a la simulación, "Strobel explicó.
El equipo de investigación pudo observar cómo la molécula de hidrógeno vibraba y rotaba dentro de la jaula. Asombrosamente, el movimiento de rotación observado fue diferente al de H 2 atrapados en sistemas relacionados en los que las moléculas pueden girar casi libremente en todas las direcciones.
"El comportamiento que observamos aquí es similar al comportamiento de H 2 moléculas que se adhieren a una superficie metálica, ", Explicó Strobel." Es la primera vez que este comportamiento, conocido por los físicos como un rotor impedido bidimensional, se ha observado el hidrógeno atrapado dentro de un clatrato molecular ".
Resulta que la estructura local de la jaula de clatrato influye en gran medida en la dinámica de H 2 , provocando una preferencia por la rotación en dos dimensiones a pesar de que no hay enlaces químicos involucrados. Además de los conocimientos fundamentales, este descubrimiento podría tener implicaciones importantes para el diseño de materiales de almacenamiento de hidrógeno que pueden atrapar H 2 para aplicaciones de energía y transporte.
