Los científicos han descubierto que un espacio dentro de un tipo especial de molécula de carbono se puede utilizar para aprisionar otras moléculas más pequeñas como el hidrógeno o el agua.

La cavidad de tamaño nanométrico del buckminsterfullereno esférico hueco C60, o bola bucky, crea efectivamente un 'nanolaboratorio', permitiendo un estudio detallado de los principios de la mecánica cuántica que determinan el movimiento de la molécula enjaulada, incluido el misterioso comportamiento ondulatorio que es una propiedad fundamental de toda la materia.

Experimentos de la colaboración internacional de investigadores, incluidos físicos de la Universidad de Nottingham, han revelado el comportamiento ondulatorio y muestran cómo las moléculas de H2 y H2O aprisionadas "traquetean cuánticamente" en su jaula.

Profesor Tony Horsewill, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham, dijo:"Para mí, gran parte de la motivación para llevar a cabo esta investigación provino del puro placer de estudiar una molécula tan única y hermosa y de descubrir los fascinantes conocimientos que proporcionó sobre los fundamentos de la dinámica molecular cuántica. Intelectualmente, ha sido muy agradable.

"Sin embargo, como ocurre con cualquier iniciativa de investigación sobre cielos azules, siempre existe la promesa de nuevas a menudo imprevisto, aplicaciones. En efecto, en el caso de las moléculas de agua dentro de las bolas bucky, tenemos una molécula invitada que posee un momento dipolar eléctrico y la colaboración ya está investigando su uso en electrónica molecular, incluso como componente innovador de un transistor molecular ".

La investigación, que involucró a científicos de los EE. UU., Japón, Francia, Estonia y las universidades de Nottingham y Southampton en el Reino Unido, ha sido publicado recientemente en la prestigiosa revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

El descubrimiento del C60 Buckminsterfullerene, y la clase relacionada de moléculas los fullerenos, a mediados de la década de 1980 obtuvo los profesores Harry Kroto, Robert Curl y el fallecido Richard Smalley el Premio Nobel de Química en 1996.

Tiene una estructura esférica en forma de jaula compuesta por 20 hexágonos y 12 pentágonos y se asemeja a un balón de fútbol, ganándose el apodo de 'pelota bucky'.

En un avance reciente en química sintética, Los científicos japoneses de Kioto han inventado una técnica de cirugía molecular que les permite sellar con éxito de forma permanente pequeñas moléculas como H2 y H2O dentro del C60.

Utilizaron un conjunto de procedimientos quirúrgicos sintéticos para abrir la 'jaula' del C60 produciendo una abertura lo suficientemente grande como para 'empujar' una molécula de H2 o H2O al interior a alta temperatura y presión. Luego, el sistema se enfrió para estabilizar la molécula atrapada en el interior y la jaula se reparó quirúrgicamente para reproducir un C60.

El profesor Horsewill agregó:"Esta técnica logra combinar quizás la molécula C60 más hermosa del universo con la más simple".

El grupo de investigación de Nottingham ha empleado una técnica llamada dispersión de neutrones inelástica (INS) en la que un haz de neutrones, partículas fundamentales que componen el núcleo atómico, se utiliza para investigar el movimiento de "traqueteo de la jaula" de las moléculas invitadas dentro del C60.

Sus investigaciones han dado una idea de la naturaleza ondulatoria de las moléculas de H20 y H2 y su movimiento orbital y de rotación a medida que se mueven dentro del C60.

Profesor Malcolm Levitt, de la Facultad de Química de la Universidad de Southampton, quien ha utilizado la técnica de resonancia magnética nuclear (RMN) para estudiar las propiedades cuánticas de las moléculas enjauladas, dijo:“Al confinar moléculas pequeñas como el agua en jaulas de fullereno, proporcionamos el entorno controlado de un laboratorio, pero en la escala de aproximadamente un nanómetro.

"Bajo estas condiciones, las moléculas confinadas revelan una naturaleza ondulatoria y se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. Aparte de su interés intrínseco, esperamos que las propiedades especiales de estos materiales conduzcan a una variedad de aplicaciones, como nuevas formas de iluminar las imágenes de las resonancias magnéticas, y nuevos tipos de memoria de computadora ".

El trabajo publicado en el PNAS El papel también ha identificado por separado dos formas sutilmente diferentes de H2O:orto-agua y para-agua. Estos llamados isómeros de espín nucleares también deben sus identidades separadas a principios de la mecánica cuántica.