Mirando a los lados de las moléculas: la microscopía de fuerza lateral revela átomos de hidrógeno nunca antes vistos
La capacidad de observar directamente los átomos de hidrógeno supone un gran avance y abre nuevas vías de investigación e innovación
Investigadores de la Universidad de Ratisbona y la Universidad Tecnológica de Graz han demostrado que los átomos de hidrógeno situados a los lados de las moléculas que yacen sobre una superficie pueden verse directamente. El estudio, publicado en la revista "Proceedings of the National Academy of Sciences", describe que al mirar al lado de las moléculas se puede revelar la posición y presencia de los átomos de hidrógeno antes ocultos.
Representación artística de una punta de LFM acercándose al lateral de una molécula, donde es sensible a los átomos H terminales.
© A. J. Weymouth
Los átomos de hidrógeno situados en los bordes de las moléculas afectan a muchas propiedades de éstas, entre ellas la forma en que interactúan con otras moléculas. Los enlaces de hidrógeno son una de las formas más comunes de interacción molecular, en la que un átomo de hidrógeno cargado positivamente situado en el borde de una molécula es atraído por un átomo negativo de una molécula vecina. Los enlaces de hidrógeno son de gran importancia en el campo de la síntesis en superficie, en la que las moléculas se absorben primero en una superficie y luego reaccionan entre sí. Sin embargo, a pesar de su importancia, no se han podido observar directamente estos pequeños pero importantes átomos.
Para visualizar las caras de las moléculas, los investigadores emplearon una técnica especializada derivada de la microscopía de fuerza atómica (AFM). En la AFM, se acerca una punta afilada a una superficie y se registran las fuerzas sobre la punta a medida que se desplaza sobre la superficie. Los experimentos anteriores de AFM se centraban en el componente vertical de la fuerza y no habían revelado los átomos de hidrógeno de los laterales de las moléculas. Para superar esta limitación, los investigadores emplearon la Microscopía de Fuerza Lateral (LFM), que mide las fuerzas horizontales ejercidas sobre la punta del AFM. El PD Dr. Alfred J. Weymouth, del grupo de trabajo del Prof. Dr. Franz J. Gießibl, titular de la Cátedra de Nanociencia Cuántica de la UR, es un destacado experto en el campo de la LFM. Destacó sus capacidades únicas, afirmando que "a pesar de que su uso no está muy extendido, el LFM ofrece varias ventajas sobre el AFM convencional, como una excepcional sensibilidad a la distancia, que permite extraer parámetros físicos de una sola imagen, y la capacidad de cuantificar fuerzas de fricción deslizando un solo átomo a través de enlaces químicos".
Al medir la fuerza lateral ejercida sobre la punta del AFM en los bordes de las moléculas, el Dr. Weymouth y sus colaboradores pudieron visualizar directamente los átomos de hidrógeno. Los datos brutos de los experimentos pudieron compararse directamente con cálculos teóricos, lo que proporcionó una comprensión más profunda de las interacciones atómicas en juego. Aunque las interacciones átomo-átomo suelen modelizarse mediante funciones simplificadas dependientes de la distancia, la comparación de estos modelos con los datos experimentales puso de manifiesto las limitaciones de estas aproximaciones, destacando la importancia de incorporar factores adicionales a estos marcos teóricos. Este conocimiento es valioso tanto para las investigaciones de AFM como de LFM, ya que permite a los investigadores refinar su comprensión de las interacciones atómicas básicas.
La capacidad de observar directamente los átomos de hidrógeno supone un gran avance para los investigadores, ya que proporciona una poderosa herramienta para dilucidar los intrincados mecanismos y pasos intermedios de las reacciones químicas en superficie. Este avance encierra un inmenso potencial para acelerar el progreso en diversos campos, como la catálisis de superficies y las interacciones moleculares dentro del cuerpo humano. El desarrollo de esta novedosa técnica representa un importante paso adelante en nuestra comprensión del mundo microscópico, abriendo nuevas vías para la investigación y la innovación. Al visualizar directamente el comportamiento de los átomos de hidrógeno, los investigadores pueden profundizar en los procesos fundamentales que rigen las interacciones de las moléculas, allanando el camino para avances transformadores en diversos campos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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