En esta imagen de microscopio, las moléculas de ftalocianina de plomo sobre una superficie de plomo superconductora aparecen como tréboles de cuatro hojas. Las vibraciones de estas moléculas se estudiaron con el nuevo método. Crédito:Jan Homberg
En las moléculas, los átomos vibran con patrones y frecuencias característicos. Por lo tanto, las vibraciones son una herramienta importante para estudiar moléculas y procesos moleculares como las reacciones químicas. Aunque los microscopios de túnel de barrido se pueden utilizar para obtener imágenes de moléculas individuales, hasta ahora sus vibraciones han sido difíciles de detectar.
Físicos de la Universidad de Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) han inventado ahora un método con el que las señales de vibración pueden amplificarse hasta en un factor de 50. Además, aumentaron considerablemente la resolución de frecuencia. El nuevo método mejorará la comprensión de las interacciones en los sistemas moleculares y otros métodos de simulación. El equipo de investigación ha publicado ahora los resultados en la revista Physical Review Letters .
El descubrimiento realizado por el Dr. Jan Homberg, el Dr. Alexander Weismann y el Prof. Dr. Richard Berndt del Instituto de Física Experimental y Aplicada, se basa en un efecto mecánico cuántico especial, el llamado "tunelización inelástica". Los electrones que pasan a través de una molécula en su camino desde una punta de metal hasta la superficie del sustrato en el microscopio de efecto túnel pueden liberar energía a la molécula o tomarla. Este intercambio de energía ocurre en porciones determinadas por las propiedades de la molécula respectiva.
Normalmente, esta transferencia de energía ocurre solo en raras ocasiones y, por lo tanto, es difícil de medir. Para amplificar la señal de medición y al mismo tiempo lograr una resolución de alta frecuencia, el equipo de la CAU utilizó una propiedad especial de las moléculas en los superconductores que habían descubierto previamente:ordenadas adecuadamente, las moléculas muestran un estado en los espectros que parece tener forma de aguja, muy alto y extremadamente agudo, la llamada resonancia Yu-Shiba-Rusinov.
El modelo muestra la disposición molecular en un sustrato de plomo. Crédito:Jan Homberg
Los experimentos fueron respaldados por el trabajo teórico de Troels Markussen de la compañía de software Synopsis en Copenhague. Creación y ruptura de enlaces químicos en moléculas individuales 'nanoconfinadas'
