Unidad de Comunicación

Como parte de la serie de charlas que conforman el Coloquio del Instituto de Física, el doctor Saw-Wai Hla, investigador de la Universidad de Ohio, en Estados Unidos, impartió una charla sobre su trabajo de investigación en el campo de las máquinas moleculares.

La charla comenzó con una introducción al tema a través de la explicación del microscopio de efecto túnel, un instrumento que utiliza una punta con terminación nanométrica, con la que es posible capturar imágenes de superficies a nivel atómico. Para poner en contexto estas medidas y el trabajo que realizan, el doctor Hla explicó que dicha punta tiene las mismas dimensiones que la Torre Eiffel, con 300 metros de altura por 100 de ancho - 1 millón de veces más grande-; por lo que utilizar la punta del efecto túnel podría ser equiparable a si usáramos a la Torre Eiffel de cabeza, a 1 milímetro sobre el piso, para moverla únicamente 0.001 milímetros hacia un lado.

“Se debe mantener 1 nanómetro de distancia de la superficie que queremos investigar, para obtener la imagen de los materiales a una escala atómica, así podemos ver los átomos y las moléculas”, comentó el también director del Programa de Materia Condensada y Ciencia de Superficies en la Universidad de Ohio. A esto agregó una explicación del efecto túnel y de cómo los electrones en cuestión mantienen la punta conectada con el material.

Posteriormente, el miembro del Instituto de Fenómenos Cuánticos y a Nanoescala de la Universidad estadounidense habló de la manipulación atómica y de cómo es necesario acercar la punta del microscopio a una distancia de 2 Armstrongs para poder mover un átomo.

Comentó que todo esto fue una técnica desarrollada por Donald M. Eigler y que, entre sus primeras aportaciones, esculpió el logo de IBM en 1990 a través de la remoción de átomos. “La manipulación atómica la hemos utilizado con niños que visitan el laboratorio, a quienes les pedimos que muevan los átomos”, comentó el doctor Hla, quien mostró una actividad en la que 26 niños usaron dicha técnica y crearon la imagen de un camión de escuela en su Laboratorio de Átomos Individuales y Manipulación de Moléculas.

Seguido de esto, el investigador habló sobre las excitaciones inelásticas con la corriente de efecto túnel, donde un electrón pasa por dicho espacio para luego ser capturado y, de esta manera, contabilizar los electrones involucrados en el proceso. Para explicar esto, el doctor Hla habló de cómo en 2006 utilizaron una molécula de clorofila para cambiar su forma y controlar el proceso de la fotosíntesis. “A partir de esto se puede calcular el voltaje, entre otros datos. Es decir que se puede tener mucha información física”, mencionó.

Asimismo, mostró la manipulación inducida por campos eléctricos, con la que se puede determinar lo que se requiere para mover una molécula conociendo la corriente y el voltaje.

“Usamos estas técnicas para explorar las máquinas moleculares, con tamaños de nanómetros; es imposible reproducir lo que vemos a esta escala con lo que suceden a tamaños mayores”, mencionó el doctor Hla, quien también recordó que en 2016 se otorgó el Premio Nobel de Química por el “diseño y síntesis de máquinas moleculares”, a los investigadores Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart y Bernard L. Feringa.

Posteriormente, el investigador, que en 2001 se integró como profesor en la Universidad de Ohio, habló sobre los coches, llantas y motores moleculares. Específicamente, detalló el funcionamiento de estos últimos, al mencionar que existen estructuras con forma de tripie y que cuentan con tres grupos sulfatos más un rotor de 5 brazos; esto se coloca en un sustrato de oro y con ayuda del efecto túnel se mueven las hélices, ya sea en el sentido o en contra de las manecillas del reloj.

Asimismo, mencionó las propelas quirales moleculares, un trabajo del 2019 en el que una estructura de tres patas de bromo y tres hélices se anclan a la base de oro. Ante este desarrollo, surgen preguntas como si existe el giro en una dirección determinada debido a la cualidad quiral o si nos es posible determinar procesos mecánicos derivados de esto. Además, agregó que la cuestión no es sólo hacer rotar las hélices, sino comprender lo que sucede durante este proceso.

Finalmente, el doctor mostró el desarrollo de motores moleculares que puedan funcionar para tareas específicas y que sean empleados de manera simultánea. Para esta operación coordinada, es necesaria la comunicación entre ellos, por lo que necesitan un canal dado por dipolos que les permita dicha tarea.

El seminario concluyó con una serie de preguntas y respuestas.