(Phys.org) —Científicos de la Universidad de Rice han descubierto que pueden controlar los enlaces entre los átomos de una molécula.

La molécula en cuestión es carbono-60, también conocido como buckminsterfullerene y buckyball, descubierto en Rice en 1985. Los científicos dirigidos por los físicos de Rice, Yajing Li y Douglas Natelson, descubrieron que es posible suavizar los enlaces entre los átomos aplicando un voltaje y haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una sola bola de bucky.

Los investigadores detallaron su descubrimiento esta semana en el online procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Esto no significa que vamos a poder ajustar arbitrariamente la resistencia de los materiales ni nada por el estilo, ", Dijo Natelson." Este es un caso muy específico, e incluso aquí fue una sorpresa ver esto sucediendo.

"Pero en general, si podemos manipular la distribución de carga en las moléculas, podemos afectar sus vibraciones. Podemos empezar a pensar en el futuro, sobre controlar las cosas de una mejor manera ".

El efecto aparece cuando una bola de bucky se adhiere a una superficie de oro en la nano antena óptica utilizada para medir los efectos de una corriente eléctrica en los enlaces intermoleculares mediante una técnica llamada espectroscopia Raman.

El grupo de Natelson construyó la nano antena hace unos años para atrapar pequeñas cantidades de moléculas en un espacio a nanoescala entre electrodos de oro. Una vez que las moléculas están en su lugar, los investigadores pueden enfriarlos, calentarlos, explotarlos con energía de un láser o corriente eléctrica y medir el efecto a través de espectroscopía, que recoge información de las frecuencias de luz emitidas por el objeto de interés.

Con continuo refinamiento, los investigadores descubrieron que podían analizar las vibraciones moleculares y los enlaces entre los átomos de la molécula. Esa habilidad llevó a este experimento, Dijo Natelson.

Natelson comparó las frecuencias vibratorias características exhibidas por los enlaces con la forma en que una cuerda de guitarra vibra a una frecuencia específica en función de la fuerza con la que está enrollada. Afloja la cuerda y la vibración disminuye y el tono desciende.

La nano antena es capaz de detectar el "tono" de las vibraciones desafinadas entre átomos a través de la espectroscopia Raman mejorada en la superficie (SERS), una técnica que mejora las lecturas de las moléculas cuando están adheridas a una superficie metálica. Aislar una bola de bucky en el espacio entre los electrodos de oro permite a los investigadores rastrear las vibraciones a través de la respuesta óptica vista a través de SERS.

Cuando una bola de bucky se adhiere a una superficie dorada, sus enlaces internos experimentan un cambio sutil a medida que los electrones en la unión se reorganizan para encontrar sus estados energéticos más bajos. El experimento de Rice encontró que las vibraciones en todos los enlaces cayeron ligeramente en frecuencia para compensar.

"Piense en estas moléculas como bolas y resortes, "Dijo Natelson." Los átomos son las bolas y los enlaces que los mantienen unidos son los resortes. Si tengo una colección de bolas y resortes y la golpeo, mostraría ciertos modos vibracionales.

"Cuando empujamos corriente a través de la molécula, vemos que estas vibraciones se encienden y comienzan a temblar, ", Dijo Natelson." Pero encontramos, asombrosamente, que las vibraciones en buckyballs se suavizan, y en una cantidad significativa. Es como si los resortes se volvieran más flojos a altos voltajes en este sistema en particular ". El efecto es reversible; apague el jugo y la buckyball volverá a la normalidad, él dijo.

Los investigadores utilizaron una combinación de experimentación y cálculos teóricos sofisticados para refutar una sospecha inicial de que el conocido efecto vibratorio Stark era responsable del cambio. El efecto Stark se observa cuando las respuestas espectrales de las moléculas cambian bajo la influencia de un campo eléctrico. La Fundición Molecular, una instalación de usuario del Departamento de Energía en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, colaboró ​​en el componente de cálculos.

El grupo de Natelson había detectado efectos similares en las moléculas de oligofenilenvinileno utilizadas en experimentos anteriores. también provocando los experimentos de buckyball. "Hace unos años vimos indicios de energías vibratorias moviéndose, pero nada tan limpio o tan sistemático. Parece que el C-60 es algo especial en términos de dónde se ubica energéticamente, " él dijo.

El descubrimiento de buckyballs, que ganó un Premio Nobel para dos profesores de Rice, puso en marcha la revolución de la nanotecnología. "Se han estudiado muy bien y son muy estables químicamente, "Natelson dijo sobre las moléculas en forma de balón de fútbol." Sabemos cómo ponerlas en superficies, lo que puede hacer con ellos y mantenerlos intactos. Todo esto se comprende bien ". Señaló que otros investigadores están observando efectos similares a través de la manipulación molecular del grafeno, la forma de carbono de capa única atómica.

"No quiero hacer una gran afirmación de que tenemos un método general para ajustar el enlace molecular en todo, ", Dijo Natelson." Pero si quieres que la química ocurra en un solo lugar, tal vez quieras debilitar ese vínculo, o al menos hacerlo más débil de lo que era.

"Hay un objetivo buscado durante mucho tiempo por algunos en la comunidad química para obtener un control preciso sobre dónde y cuándo se rompen los enlaces. Les gustaría impulsar específicamente ciertos enlaces, asegúrese de que ciertos vínculos se emocionen, asegúrese de que algunos se rompan. Estamos ofreciendo formas de pensar en hacer eso ".