Hielo sobre oro
Un gran avance en la ciencia de los materiales: el análisis de agua congelada átomo por átomo
¿Cómo analizar el hielo hasta su escala atómica? ¿Y cómo analizar los objetos incrustados en el hielo sin derretirlo? Un equipo internacional de científicos de materiales, principalmente del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), encontró una forma de analizar capas de hielo de micrones de espesor mediante tomografía de sonda atómica (APT), obteniendo conocimientos sobre su microestructura y composición química. Los científicos del MPIE, el Dr. Ayman El-Zoka, Se-Ho Kim, la Dra. Leigh Stephenson y el Dr. Baptiste Gault del grupo "Tomografía de sonda atómica" y sus colegas de la Universidad de Lyon (Francia) y de la Universidad de Toronto (Canadá) publicaron sus recientes descubrimientos en la revista Science Advances.
Imágenes de escaneo de electrones de la preparación in situ de un espécimen APT de una muestra de hielo en oro nanoporoso.
Science Advances 6 (2020)
"Para analizar los materiales a través de la sonda atómica solemos utilizar un haz de iones focalizado para moler un espécimen en forma de aguja de sólo 70 nanómetros. Esta punta se somete a una corriente eléctrica que hace que el espécimen se evapore átomo por átomo mientras es capturado por un detector. Tuvimos que desarrollar una técnica totalmente nueva para analizar el hielo sin influir en su microestructura a través de la preparación de la muestra y evitar su falta de conductividad eléctrica", explica El-Zoka, primer autor de la publicación. "Disolvimos la plata de una solución sólida de plata-oro en condiciones ácidas y así pudimos formar una nanoestructura de poro abierto tridimensional". Los científicos utilizaron las estructuras de oro poroso resultantes, el llamado oro nanoporoso, para incrustar hielo en sus poros y analizarlo mediante tomografía de sonda atómica. Este material se desarrolló para usos que incluyen aplicaciones de catálisis y electroquímica, pero nunca antes se había utilizado para la tomografía de sonda atómica. "La aplicación de esta técnica prepara el camino para el análisis de los efectos de los solutos en nano-objetos congelados y materiales biológicos en su entorno nativo", afirma Gault, jefe del grupo de la sonda atómica. "El equipo de hielo", como el grupo es ahora llamado por sus colegas del MPIE, es ahora capaz de medir las composiciones de solutos en las fronteras de los granos en el hielo. Estas impurezas afectarán a la respuesta de fractura del hielo, lo que podría tener implicaciones de gran alcance para el comportamiento de fusión del hielo de los polos, por ejemplo.
Los investigadores pretenden optimizar aún más la técnica en términos de cambio del tamaño de los poros, el metal nanoporoso y la velocidad de enfriamiento para obtener hielo amorfo con el fin de congelar completamente un objeto y sus alrededores.
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Publicación original
A. A. El-Zoka, S.-H. Kim, S- Deville, R. C. Newman, L. T. Stephenson, B. Gault; "Enabling near-atomic-scale analysis of frozen water"; Science Advances 6 (2020)
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