Los científicos que atrapan átomos de criptón en nanotubos de carbono revelan nuevos conocimientos sobre el comportamiento atómico

En un logro innovador, los científicos de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham han atrapado con éxito átomos de criptón, un gas noble, dentro de nanotubos de carbono, creando un gas unidimensional. Esta investigación pionera, que utiliza métodos avanzados de microscopía electrónica de transmisión (TEM), proporciona nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los átomos individuales.

El comportamiento de los átomos ha fascinado a los científicos durante mucho tiempo, ya que sus movimientos impactan profundamente en fenómenos fundamentales como la temperatura, la presión, el flujo de fluidos y las reacciones químicas. Los métodos tradicionales de espectroscopia han permitido el análisis de grandes grupos de átomos, pero no proporcionan una comprensión detallada del comportamiento de los átomos individuales en momentos específicos.

El desafío a la hora de obtener imágenes de átomos radica en su pequeño tamaño y sus movimientos de alta velocidad. Los átomos varían de 0,1 a 0,4 nanómetros de tamaño y pueden moverse a velocidades de aproximadamente 400 metros por segundo. Estos factores hacen que la obtención de imágenes directas de los átomos en acción sea increíblemente difícil, y las representaciones visuales continuas de los átomos en tiempo real siguen siendo uno de los desafíos científicos más importantes.

Utilizando nanotubos de carbono, los investigadores capturaron con éxito átomos de criptón y estudiaron con precisión sus posiciones a nivel de un solo átomo en tiempo real. Los átomos de criptón se observaron como puntos en movimiento, gracias a que el alto número atómico del criptón facilita su seguimiento en TEM. Este avance permitió a los científicos observar la formación de pares Kr2, unidos por la misteriosa interacción de van der Waals, en el espacio real.

La utilización de moléculas de buckminsterfullereno, con forma de pelotas de fútbol y compuestas por 60 átomos de carbono, facilitó el transporte de átomos de criptón individuales a nanotubos de ensayo. Al fusionar las jaulas de carbono, se liberaron los átomos de criptón y se pudo estudiar su enlace interatómico y su comportamiento dinámico en un solo experimento TEM.

Una vez liberados de sus moléculas portadoras, los átomos de criptón formaron un gas unidimensional, confinado al espacio extremadamente estrecho del canal de nanotubos. Los átomos en la fila de átomos de criptón restringidos se vieron obligados a reducir la velocidad, incapaces de pasar entre sí debido al espacio estrecho. Esta observación es similar a la de los vehículos en congestión del tráfico. Aunque la transición a un gas unidimensional hizo que el contraste de un solo átomo desapareciera en TEM, técnicas complementarias como la exploración de imágenes TEM (STEM) y la espectroscopia de pérdida de energía electrónica (EELS) pudieron rastrear el movimiento de los átomos.

Esta investigación innovadora abre la puerta a seguir estudiando las transiciones de fase con temperatura controlada y las reacciones químicas en sistemas unidimensionales mediante microscopía electrónica. Comprender estos estados inusuales de la materia contribuirá a nuestro conocimiento de la dinámica atómica y podría tener importantes implicaciones para diversos campos de la ciencia y la tecnología.

PREGUNTAS MÁS FRECUENTES:

P1: ¿Qué lograron los científicos de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham?
R1: Los científicos atraparon con éxito átomos de criptón dentro de nanotubos de carbono, creando un gas unidimensional.

P2: ¿Qué técnicas utilizaron los investigadores en su estudio?
R2: Los investigadores utilizaron métodos avanzados de microscopía electrónica de transmisión (TEM) para atrapar y estudiar los átomos de criptón.

P3: ¿Por qué es un desafío obtener imágenes de átomos?
R3: Los átomos son muy pequeños y se mueven a altas velocidades, lo que hace increíblemente difícil obtener imágenes directas de los átomos en acción.

P4: ¿Cómo rastrearon los investigadores el movimiento de los átomos de criptón?
R4: El alto número atómico del criptón facilitó el seguimiento en TEM, lo que permitió a los investigadores observar el movimiento de los átomos de criptón como puntos en movimiento.

P5: ¿Cuál fue el papel de las moléculas de buckminsterfullereno en el estudio?
R5: Se utilizaron moléculas de buckminsterfullereno para transportar átomos de criptón individuales a nanotubos de ensayo, lo que permitió estudiar más a fondo su comportamiento.

P6: ¿Qué observación hicieron los científicos sobre el gas unidimensional formado por átomos de criptón?
R6: Los átomos en la fila de átomos de criptón restringidos se vieron obligados a reducir la velocidad, incapaces de cruzarse entre sí debido al espacio estrecho, similar a los vehículos en la congestión del tráfico.

Definiciones:

1. Microscopía electrónica de transmisión (TEM): técnica de microscopía que utiliza electrones para crear imágenes de una muestra con gran aumento.
2. Espectroscopia: Estudio de la interacción de la materia con la radiación electromagnética, utilizada frecuentemente para analizar la composición y propiedades de sustancias.
3. Interacción de Van der Waals: una fuerza de atracción débil entre átomos o moléculas neutrales debido a fluctuaciones temporales en la distribución de electrones.
4. Buckminsterfullereno: Molécula que consta de 60 átomos de carbono dispuestos en forma esférica que se asemeja a un balón de fútbol.

Enlaces relacionados:
– Facultad de Química de la Universidad de Nottingham
– Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
– Espectroscopia

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