(PhysOrg.com) - Las transiciones de fase (cambios de la materia de un estado a otro sin alterar su composición química) son una parte importante de la vida en nuestro mundo tridimensional. El agua cae al suelo como nieve, se derrite hasta convertirse en un líquido y finalmente se vaporiza de nuevo a las nubes para comenzar el ciclo de nuevo.

Ahora, un equipo de científicos ha ideado una nueva forma de explorar cómo funcionan tales transiciones de fase en menos de tres dimensiones y al nivel de unos pocos átomos. Esperan que la técnica sea útil para probar aspectos de lo que hasta ahora ha sido puramente física teórica, y esperan que también tenga aplicaciones prácticas para detectar condiciones a escalas muy pequeñas, como en una membrana celular.

Trabajaron con nanotubos de carbono de pared simple, extremadamente delgado, estructuras de grafito huecas que pueden ser tan pequeñas que son casi unidimensionales, estudiar el comportamiento de transición de fase de los átomos de argón y criptón.

"La física puede ser bastante diferente en menos de tres dimensiones, "dijo David Cobden, profesor asociado de física en la Universidad de Washington y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo publicado el viernes (29 de enero) en Ciencias .

Coautores, todo desde la UW, son Zenghui Wang, Jiang Wei, Peter Morse, J. Gregory Dash y Oscar Vilches.

Por sus observaciones, el grupo usó nanotubos de carbono, cilindros microscópicos que tienen cierto grosor pero que se acercan mucho a ser unidimensionales.

Las transiciones de fase cambian la densidad de los átomos. En forma de vapor, hay menos átomos y están sueltos. El líquido tiene más átomos y están más compactos. El sólido es un cristal formado por átomos muy compactos. Para determinar la fase de los átomos de argón y criptón, los investigadores utilizaron el nanotubo de carbono como una cuerda de guitarra estirada sobre un traste. Una pieza cercana de metal conductor aplicó una fuerza eléctrica para hacer oscilar la cuerda, y los científicos midieron la corriente para "escuchar" a medida que cambiaba la frecuencia de vibración:una mayor masa de átomos adheridos a la superficie de los nanotubos producía una frecuencia más baja.

"Escuchas esta nano guitarra y, a medida que baja el tono, sabes que hay más átomos pegados a la superficie, "Dijo Cobden." En principio, puedes escuchar un átomo aterrizando en el tubo, es así de sensible ".

Los investigadores también encontraron que la resistencia eléctrica de los nanotubos cambiaba cuando los átomos de criptón se pegaban a la superficie.

En el futuro, los científicos esperan poder ver cómo los átomos, a medida que pueblan el nanotubo de carbono, reaccionan entre sí a través de varias transiciones de fase, y también cómo interactúan con el grafito de carbono puro del nanotubo. Esperan ver algunas diferencias significativas en los experimentos que se acercan a una dimensión de los de dos o tres dimensiones.

"Por ejemplo, la materia puede congelarse en 3-D y en 2-D, pero teóricamente no debería congelarse en 1-D, "Dijo Cobden.

Además de proporcionar un banco de pruebas para las teorías físicas, el trabajo también podría ser útil para aplicaciones de detección, como las mediciones a nanoescala en varios entornos fluidos, examinar funciones dentro de las membranas celulares o sondear dentro de los nervios.

"Los nanotubos te permiten sondear cosas a nivel subcelular, "Dijo Cobden.