Puede tocar una bombilla que funcione y saber de inmediato que está caliente. ¡Ay! Pero no se puede tocar una sola molécula y obtener la misma respuesta.

Los investigadores de la Universidad de Rice dicen que tienen la mejor alternativa:una forma de determinar la temperatura de una molécula o el flujo de electrones mediante el uso de espectroscopía Raman combinada con una antena óptica.

Un nuevo artículo del laboratorio de Douglas Natelson, un profesor Rice de física y astronomía, detalla una técnica que mide la temperatura de moléculas colocadas entre dos nanocables de oro y calentadas por corriente aplicada a los cables o por luz láser. El artículo fue publicado esta semana en la edición en línea de Nanotecnología de la naturaleza .

Natelson, El investigador asociado postdoctoral Dan Ward y sus colegas descubrieron que, si bien medir el calor a nanoescala puede ser mucho más complicado que tomar la temperatura de macroobjetos, se puede hacer con un nivel de precisión que será de interés para la comunidad de la electrónica molecular o para cualquiera que quiera saber cómo funcionan el calentamiento y la disipación a escalas muy pequeñas.

"Cuando te pones a fabricar pequeños dispositivos electrónicos o uniones diminutas, tienes que preocuparte por cómo la energía acaba en forma de calor, ", Dijo Natelson." En el caso de objetos macroscópicos, como el filamento de una bombilla, puede conectar un termopar (un termómetro) y medirlo ". Cuando las bombillas se calientan, también brillan. "Si miras el espectro de la luz que sale, puedes averiguar el calor que hace, " él dijo.

Esa es una versión demasiado simplificada de lo que están haciendo Natelson y Ward. No se puede ver el resplandor de una molécula. Sin embargo, los investigadores pueden enviar luz como sonda y detectar la longitud de onda de la luz que devuelve la molécula cuando se calienta. "En la dispersión Raman, envías luz que interactúa con tu objetivo. Cuando vuelva tendrá más energía de la que inviertes, o lo mismo, o menos. Y podemos ver eso y calcular la temperatura efectiva de lo que sea que esté dispersando la luz ".

El nuevo trabajo sigue a un artículo publicado en septiembre sobre la creación del laboratorio de nano antenas que concentran y magnifican la luz hasta 1, 000 veces. Ese documento se centró en la intensidad de la luz láser disparada en un espacio entre las puntas de dos nanocables de oro.

Esta vez, Natelson y Ward esparcieron moléculas, ya sea oligofenilenvinileno o 1-dodecanotiol, en la superficie de un nanoalambre de oro y luego rompieron el cable. dejando un hueco a nanoescala. Cuando tuvieron la suerte de encontrar moléculas en la brecha - "el punto óptimo" es donde los alambres de metal están más cerca, Natelson dijo:encenderían y leerían los espectros resultantes.

Los experimentos se llevaron a cabo al vacío con materiales enfriados a 80 kelvin (-315 grados Fahrenheit). Los investigadores descubrieron que podían detectar fácilmente fluctuaciones de temperatura de hasta 20 grados en las moléculas.

En el nivel macro, Natelson dijo:"Por lo general, miras algo que es esencialmente frío. Envías luz, vierte algo de energía en lo que estás mirando y la luz sale con menos energía que cuando empezaste. Con dispersión Raman, en realidad se pueden ver modos vibratorios moleculares particulares ".

Pero puede suceder lo contrario si los átomos ya están vibrando con la energía almacenada. "La luz puede tomar algo de eso y salir con más energía que cuando comenzó, " él explicó.

El efecto es más dramático cuando se suministra corriente a través de los nanocables. "A medida que aumentamos la corriente a través de este cruce, podemos ver estas diferentes vibraciones temblando cada vez más. Podemos ver cómo se calienta esta cosa ".

Natelson, nombrado por la revista Discover en 2008 como uno de los 20 principales científicos menores de 40 años del país, dijo que los experimentos muestran no solo cómo las moléculas encajadas en el nanogap se calientan, sino también su interacción con los alambres metálicos. "Las vibraciones se muestran como picos agudos en los espectros, ", dijo." Tienen energías muy definidas. Debajo de todo eso hay este tipo de mancha difusa donde la luz, en cambio, está interactuando con los electrones en el metal, los alambres metálicos reales ".

Natelson dijo que es extremadamente difícil obtener información directa sobre cómo funcionan el calentamiento y la disipación en nanoescalas. "En general, no puedes hacerlo. Hay mucho modelado pero en términos de cosas experimentales, puedes medir que te digan lo que está sucediendo, todo es muy indirecto. Ésta es una excepción. Esto es especial. Puedes ver lo que está pasando.

"En nuestro experimento de fantasía, diríamos, 'Chico, Ojalá pudiera entrar con un termómetro ' o, `` Ojalá pudiera ver cada molécula y ver cuánto está temblando ''. Y esta es efectivamente una forma de hacerlo. Realmente podemos ver cómo estas cosas se calientan ".