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Crean la primera membrana de grafeno atómicamente quiral

Aleida Rueda
23/feb/2016

La investigadora del Instituto de Física, Cecilia Noguez, participa en el grupo internacional que ha desarrollado la primera película quiral más delgada, con un espesor de tan solo 2 átomos, a partir del apilamiento de dos capas atómicas de grafeno rotadas una respecto a la otra. Esto constituye un impresionante avance para aplicaciones no exploradas de materiales bidimensionales (2D) que van desde la detección de biomoléculas, la catálisis asimétrica hasta el transporte electrónico de espín o espintrónica.

El trabajo en el que participa Noguez junto con los investigadores Cheol-Joo Kim, Zack Ziegler, Yui Ogawa, dirigidos por Jiwoong Park de la Universidad de Cornell, Estados Unidos, y Ariadna Sánchez-Castillo, de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo en Apan, ex estudiante del grupo de Noguez, fue publicado el 22 de febrero en la revista Nature Nanotechnology.

La característica clave de esta nueva membrana de grafeno es la quiralidad, una propiedad geométrica que consiste en la imposibilidad de hacer coincidir el objeto original con su imagen especular, como la generada en un espejo plano.

Si colocamos, por ejemplo, un vaso o una pelota en un espejo, la imagen reflejada, es decir, su imagen especular, coincidirá con la original, por eso podemos decir que son objetos aquirales. Pasaría algo distinto si se trata de las manos o los pies ya que sus imágenes especulares no podrían superponer entre sí, pues una sería claramente zurda y la otra diestra. Las manos y los pies son objetos quirales, al igual que biomoléculas como los aminoácidos que naturalmente son izquierdos o los azúcares que son derechos.

El equipo de investigación de Jiwoong Park hizo crecer hojas de grafeno sobre cobre y luego las cortaron en varias hojas. Las fueron apilando una a una y girándolas ligeramente antes de colocar la siguiente. Para hacer la imagen especular, después de formar una pila de hojas de grafeno con la rotación en dirección de las manecillas del reloj, apilaron otras en el sentido opuesto.

Luego hicieron pasar luz polarizada de forma circular -alternando las pilas zurdas y diestras- para medir entonces el dicroísmo circular, que se refiere a la absorción diferencial entre luz polarizada circular izquierda y circular derecha.

Para su sorpresa, el dicroísmo circular de la película de grafeno resultó más intenso que lo que se podría esperar, como comentó el grupo de Cornell. Lo cual también sorprendió a Noguez debido a que el grafeno es prácticamente transparente.

Después de lograr este avance a escala atómica, el grupo tuvo que cuantificar sus resultados, y para ello recurrieron a una de los físicos computacionales más importantes del mundo, tal y como lo refiere el grupo de Cornell: la física mexicana Cecilia Noguez.

"Es uno de esos casos raros en que sabíamos exactamente lo que queríamos, así que sabíamos qué propiedad tenía que ser calculada", dijo Park. "No es un cálculo fácil, hicimos un gran trabajo de investigación y nos dimos cuenta de que Cecilia es la mejor persona para hacer esto", relató Park al Cornell Chronicle.

En la UNAM, Noguez ha formado un grupo de investigación que ha hecho descubrimientos importantísimos relacionados con la quiralidad a la nanoescala. Desde 2006, predijeron un comportamiento similar del dicroísmo circular para los nanotubos de carbono de pared simple y más recientemente en 2013 lo reportaron en nanopartículas de metal de ligando protegido. "Así que al final –dijo la investigadora- estos resultados experimentales tuvieron mucho sentido para mí".

"Este descubrimiento y su confirmación pueden tener muchas implicaciones tanto en la ciencia pura y aplicada", dijo Noguez. "Esto se puede aplicar para detección biomoléculas, y para inducir y controlar la catálisis asimétrica, entre otros. Estoy segura de que este descubrimiento abre nuevas líneas de investigación para otros materiales de dos dimensiones".

El material también es de interés en los campos de la óptica, estereoquímica, la optoelectrónica y la espintrónica.