Primeras imágenes de átomos en movimiento en una molécula

Foto: COSMIN BLAGA, OHIO STATE UNIVERSITY.

MADRID, 8 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Universidad Estatal de Ohio (Estados Unidos), han registrado, utilizando una nueva cámara ultrarrápida, la primera imagen en tiempo real de dos átomos vibrando en una molécula. La clave del experimento, que ha sido publicado en la revista 'Nature', fue la utilización de la energía del propio electrón de una molécula.

   El equipo usó pulsos láser ultrarrápidos para expulsar un electrón fuera de su órbita natural en una molécula; el electrón retrocedió, entonces, hacia la molécula, dispersándose, de forma análoga a la manera en que un destello de luz se dispersa alrededor de un objeto, o una onda expansiva de agua se dispersa en un estanque.  

   El investigador principal, Louis DiMauro, ha afirmado que la hazaña constituye un primer paso hacia, no sólo la observación de las reacciones químicas, sino también hacia su control a escala atómica. DiMauro ha explicado que, "a través de estos experimentos, se ha podido controlar la trayectoria cuántica del electrón cuando éste regresa a la molécula mediante ajustes en el láser que lo expulsa. El siguiente paso será constatar si somos capaces de dirigir el electrón, en la forma adecuada, para controlar una reacción química".

   Una de las técnicas estándar para tomar imágenes de un objeto estático, consiste en disparar al objeto con un haz de electrones -un bombardeo de millones de electrones por segundo. El nuevo enfoque cuántico, de un solo electrón, permitió a los investigadores obtener una imagen del rápido movimiento molecular, basándose en los avances teóricos de los coautores de la investigación, de la Universidad Estatal de Kansas (Estados Unidos).

   Por otro lado, la técnica de difracción de electrones inducida por láser (Lied), utilizada comúnmente en la ciencia de superficies para estudiar los materiales sólidos, fue utilizada, en esta investigación, para estudiar el movimiento de los átomos en una molécula.

   Las moléculas escogidas para el estudio eran muy simples: nitrógeno (N2) y oxígeno (O2). N2 y O2 son gases atmosféricos comunes, y los científicos ya conocían todos los detalles de su estructura. En cada caso, los investigadores golpearon la molécula con pulsos de luz láser de 50 femtosegundos, expulsando, así, a un solo electrón de la capa exterior de la molécula, y detectando su señal de dispersión.

   DiMauro y el investigador postdoctoral, Cosmin Blaga, unieron la señal de los electrones dispersos al patrón de difracción que forma la luz cuando pasa a través de hendiduras. Dado el patrón de difracción, los científicos pudieron reconstruir el tamaño y forma de las hendiduras; en este caso, reconstruyendo el tamaño y la forma de la molécula, es decir, las ubicaciones de los núcleos de los átomos constituyentes.

   La clave, explica Blaga, es que, durante el breve lapso de tiempo entre el momento en que el electrón sale de la molécula, y regresa, los átomos de la molécula se han movido; y el método Lied puede capturar este movimiento.

   Más allá de su potencial para controlar las reacciones químicas, la técnica ofrece una nueva herramienta para estudiar la estructura y dinámica de la materia. Según Blaga, "en última instancia, queremos entender cómo se producen las reacciones químicas y, a largo plazo, aplicar este conocimiento a la ciencia de los materiales e, incluso, a la fabricación de productos químicos".

Síguenos en Twitter: @ep_ciencia