Os investigadores conseguiron probar a existencia dos arinos, unha familia de moléculas extremadamente reactivas que foron suxeridas por primeira vez hai 113 anos. A técnica podería aplicarse na elaboración de nanofitas de grafeno ou dispositivos unimoleculares.
Un equipo mixto de investigadores do CiQUS (Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares da Universidade de Santiago de Compostela) e do IBM Research (NYSE: IBM) conseguiu demostrar a existencia dos arinos, unha familia de moléculas extremadamente reactivas e de vida curta que foron suxeridas por primeira vez hai 113 anos. A técnica desenvolvida podería ter aplicacións en ámbitos como a química e a electrónica sobre superficies, concretamente para a elaboración de nanofitas de grafeno ou dispositivos unimoleculares.
No Universo existen billóns de moléculas. Algunhas delas son o suficientemente estables para ser illadas e caracterizadas, pero moitas outras teñen un tempo de vida tan curto que só poden ser identificadas de xeito indirecto, estudando os produtos das súas reaccións ou a través de métodos espectroscópicos.
Entre este grupo de moléculas atopanse os arinos, cuxa existencia foi proposta por primeira vez en 1902. Dende entón, a química de arinos foi clave na síntese dunha gran variedade de compostos moi útiles, como os fármacos ou os materiais moleculares. O reto que presentan estas moléculas radica en que existen unicamente durante uns milisegundos, algo que ata hoxe facía extremadamente difícil o seu estudo.
Agora, a prestixiosa revista Nature Chemistry (On-surface generation and imaging of arynes by atomic force microscopy, DOI: 10.1038/nchem.2300) publica a primeira imaxe dunha molécula individual de arino, froito do esforzo dun traballo conxunto realizado por investigadores do CiQUS en Santiago de Compostela (expertos na química de arinos) e científicos de IBM en Zürich, que desenvolveron unha técnica de microscopía con resolución atómica.
«Os arinos estúdanse nas materias de química orgánica en graos universitarios por todo o mundo. Polo tanto, é un alivio descubrir que estas moléculas existen en realidade», afirma o Prof. Diego Peña, químico na Universidade de Santiago de Compostela. «Devecemos por comprobar qué novos retos químicos se poden abordar mediante esta combinación entre a síntese orgánica e a Microscopía de Forza Atómica (AFM)».
O proceso comezou coa preparación das moléculas precursoras dos arinos no CiQUS; posteriormente, os investigadores do IBM Research empregaron a punta dun Microscopio de Efecto Túnel (STM) para xerar arinos individuais a partir das moléculas precursoras, mediante manipulación atómica. Os experimentos realizáronse sobre unha fina capa de cloruro sódico a temperaturas próximas ao cero absoluto, co gallo de estabilizar os arinos. Unha vez que estas moléculas foron xeradas, os investigadores usaron a técnica AFM para medir as interaccións entre a punta do microscopio -que remata nunha única molécula de monóxido de carbono-, e a mostra, logrando deste xeito visualizar a estrutura molecular dos arinos. O resultado obtido foi unha imaxe con tal nitidez que os científicos puideron estudar a súa natureza química e as pequenas diferenzas entre os distintos enlaces.
«O equipo de IBM vén desenvolvendo dende 2009 varias técnicas punteiras que fixeron posible este logro», di o Dr. Niko Pavliek, físico no IBM Research. «No caso deste estudo foi esencial seleccionar unha superficie illante sobre a que se adsorbesen as moléculas, así como unha punta do microscopio axeitada que permitise visualizalas. Cremos que esta técnica terá moita relevancia no futuro da química e da electrónica».
O traballo é resultado do proxecto europeo PAMS (Planar Atomic and Molecular Scale Devices), cuxo obxectivo consiste en desenvolver novos dispositivos electrónicos de tamaño nanométrico. Parte desta investigación está financiada por un proxecto Advanced Grant do European Research Council (ERC) concedido ao investigador de IBM Gerhard Meyer, quen é coautor do traballo. Estes prestixiosos proxectos financian «os mellores investigadores que traballan nas fronteiras do coñecemento» en Europa.
IBM Research e o CiQUS xa colaboraran previamente, publicando traballos sobre a diferenciación de enlaces químicos en moléculas individuais e a visualización de nanografenos xerados a partir de compostos orgánicos sinxelos.
Esta investigación é tamén froito do investimento por parte de IBM de 3.000 millóns de dólares para os próximos cinco anos, co obxectivo de avanzar na tecnoloxía dos circuítos integrados e as innovacións en semicondutores, necesarias para cumprir as demandas da computación na nube ou os sistemas de datos masivos. Por outra banda, os resultados obtidos neste traballo reforzan unha das liñas de investigación do CiQUS, centrada no desenvolvemento de aproximacións ascendentes á electrónica de tamaño molecular.
O STM e a súa técnica derivada AFM son as principais ferramentas de traballo na investigación a escala atómica e molecular. O STM, que foi inventado por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer no IBM Research - Zürich en 1981, permitiu aos científicos visualizar por primeira vez átomos individuais sobre diferentes superficies. Este microscopio revolucionario, polo cal os dous científicos recibiron en 1986 o Premio Nobel de Física, expandiu as fronteiras do noso coñecemento, revelando as propiedades das superficies e das moléculas ou átomos adsorbidos sobre elas.
sobre IBM Research
Con 70 anos de historia e máis de 3.000 investigadores, repartidos en 12 laboratorios situados en seis continentes, o IBM Research continúa definindo o futuro da tecnoloxía. Os avances do IBM Research contribuíron a que a compañía acadase o récord industrial de 7.534 patentes en 2014, facendo que IBM continúe a ser, despois de 22 anos consecutivos, o número un na lista de patentes rexistradas nos EEUU. Científicos de IBM Research foron galardoados con 6 Premios Nobel, 10 Medallas de Tecnoloxía de EEUU, 5 Medallas da Ciencia de EEUU, 6 Premios Turing, 19 membros da Academia de Ciencias de EEUU e 20 membros do Hall of Fame dos investigadores en EEUU. Para máis investigación, visite http://research.ibm.com.