Enlaces qu¨ªmicos a la vista

Un gran salto adelante es lo que han conseguido cient¨ªficos del centro de investigaci¨®n de IBM en Z¨²rich, que han podido diferenciar por primera vez los distintos enlaces qu¨ªmicos existentes en mol¨¦culas individuales utilizando la microscop¨ªa de fuerza at¨®mica (AFM), una t¨¦cnica que cada vez tiene m¨¢s aplicaciones y que naci¨® en ese mismo laboratorio en 1986.La investigaci¨®n, a la que han suministrado las mol¨¦culas estudiadas el Centro de Investigaci¨®n en Qu¨ªmica Biol¨®gica y Materiales Moleculares de la Universidad de Santiago de Compostela e investigadores del CNRS franc¨¦s, ha sido portada del ¨²ltimo n¨²mero de la revista Science.

Este logro en el ¨¢mbito de la nanotecnolog¨ªa est¨¢ pr¨®ximo al l¨ªmite de resoluci¨®n de la t¨¦cnica utilizada y puede ser importante para el estudio de los dispositivos fabricados con grafeno. Actualmente, se est¨¢ estudiando la aplicaci¨®n de estos dispositivos en ¨¢mbitos como las comunicaciones inal¨¢mbricas de banda ancha o las pantallas electr¨®nicas.

¡°Hemos encontrado dos mecanismos de contraste diferentes para distinguir los enlaces. El primero se basa en peque?as diferencias en la fuerza medida sobre los enlaces. Esper¨¢bamos este tipo de contraste pero ha sido un reto el resolverlo¡± afirma Leo Gross, de IBM. ¡°El segundo mecanismo de contraste lleg¨® por sorpresa: los enlaces aparecieron con diferentes longitudes en las medidas del AFM. Con la ayuda de c¨¢lculos computacionales encontramos que la inclinaci¨®n de una mol¨¦cula de mon¨®xido de carbono en el ¨¢pice de la punta de la sonda era la causa del contraste¡±. La mol¨¦cula de CO en la terminaci¨®n de la punta act¨²a como una potente lupa para revelar la estructura at¨®mica de la mol¨¦cula, incluyendo sus enlaces

Los investigadores lograron visualizar el orden y la longitud de enlaces individuales entre ¨¢tomos de carbono en nanoestructuras de fulerenos , tambi¨¦n conocidas como buckyball por su forma de bal¨®n de f¨²tbol, y en dos hidrocarburos polic¨ªclicos arom¨¢ticos (PAHs por sus siglas en ingl¨¦s) planos Los enlaces individuales entre ¨¢tomos de carbono en estas mol¨¦culas difieren sutilmente en su fuerza y longitud.

¡°Caracterizar la fuerza de los diferentes enlaces en una mol¨¦cula compleja es importante para predecir su geometr¨ªa, estabilidad, aromaticidad y reactividad¡±, se?ala Rub¨¦n P¨¦rez (Universidad Aut¨®noma de Madrid) en un art¨ªculo que acompa?a al de los autores del descubrimiento.

Este incremento del conocimiento de mol¨¦culas individuales es importante para las investigaciones sobre nuevos dispositivos electr¨®nicos, c¨¦lulas solares org¨¢nicas y diodos org¨¢nicos emisores de luz (OLEDs por sus siglas en ingl¨¦s). En particular, mediante esta t¨¦cnica podr¨ªa observarse la relajaci¨®n de los enlaces alrededor de los defectos en el grafeno, o los cambios que experimentan los enlaces en las reacciones qu¨ªmicas y en estados excitados

En investigaciones anteriores el equipo tuvo ¨¦xito logrando im¨¢genes de la estructura qu¨ªmica de mol¨¦culas individuales, pero no lograron hasta ahora la imagen de las sutiles diferencias entre los enlaces. La ciencia lleva a?os esforz¨¢ndose en ¡°visualizar¡± y manipular ¨¢tomos y mol¨¦culas con el objetivo de tener un mayor conocimiento y ser capaz de fabricar a escala nanom¨¦trica. IBM fue pionera en el ¨¢mbito de la nanociencia y la nanotecnolog¨ªa con el desarrollo del microscopio de efecto t¨²nel (STM) en 1981 a cargo de Gerd Binnnig y Heinrich Rohrer, cient¨ªficos del laboratorio de Z¨²rich de IBM. Por este invento, que hizo posible la visualizaci¨®n de ¨¢tomos individuales y m¨¢s tarde su manipulaci¨®n, Binnig y Rohrer obtuvieron en 1986 el Premio Nobel de F¨ªsica. El microscopio de fuerza at¨®mica, sucesor del STM, fue inventado por Binnig en 1986 y est¨¢ reconocido como el instrumento que abri¨® las puertas al nanomundo.

En 2011, IBM inaugur¨® en el campus de su laboratorio de Zurich el Centro de Nanotecnolog¨ªa Binnig and Rohrer, que forma parte de una asociaci¨®n estrat¨¦gica en materia de nanotecnolog¨ªa con ETH Zurich, una de las mejores universidades t¨¦cnicas de Europa.