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Descubrimiento de la nanociencia en vuelo de Nueva York a Jerusalem


Prof. Uri Banin

El Prof. Uri Banin, fundador del Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea de Jerusalem, y sus colegas, el Profesor Richard Robinson y el Profesor Tobias Hanrath en la Universidad de Cornell, han hecho un descubrimiento revolucionario de la nanociencia. En su artículo reciente, “Isomerización químicamente reversible de grupos inorgánicos” publicado en Science, los autores revelan que un “nanocluster de tamaño mágico” es el eslabón perdido que sirve de puente entre la forma en que la materia se reorganiza en la isomerización molecular a pequeña escala y en general Transiciones de fase de materia sólida a granel.

Hace tres años, Robinson estaba en un año sabático en el laboratorio de nanociencia de Banin en la Universidad Hebrea. Mientras se encontraba en Jerusalem, Robinson le pidió a un estudiante graduado de su hogar que le enviara por correo algunas nanopartículas de un tamaño específico.
“Cuando me llegaron los medí con el espectrómetro y dije: ‘Espera, me enviaste las partículas más pequeñas en lugar de las más grandes’. Y él dijo: ‘No, te envié las más grandes'”, recuerda Robinson. “Nos dimos cuenta de que debían haber cambiado mientras estaban en vuelo. Y eso desencadenó una cascada de preguntas y experimentos que nos llevaron a este nuevo hallazgo”.

Banin, Robinson y Hanrath dedujeron que las partículas se habían transformado durante su viaje de Ítaca a Jerusalem. “En el vuelo debe haber humedad en el contenedor de carga y las muestras cambiaron de fase”, explicó Banin.

La isomerización, la transformación de una molécula en otra molécula con los mismos átomos, solo en una disposición diferente, es común en la naturaleza. A menudo, se activa con la adición de energía, como cuando la luz hace que una molécula en la retina cambie, lo que nos permite ver; o cómo el aceite de oliva, cuando se calienta demasiado alto, se isomeriza en una forma poco saludable conocida como grasa trans. Los materiales a granel, como el grafito, también pueden cambiar las fases, por ejemplo, en diamantes, pero requieren mucha más energía y el cambio se produce más gradualmente, con el cambio extendiéndose lentamente a través de la molécula.

Durante años, los científicos han buscado el puente entre los dos mundos: entre grandes materiales que cambian más lentamente y pequeños materiales orgánicos que pueden moverse de un lado a otro de manera coherente, entre dos estados. Este sigue siendo el eslabón perdido en la búsqueda de los nanocientíficos para mapear y comprender el cruce de la isomerización molecular a las transiciones de fase. Para descubrir este puente, necesitaban encontrar en qué tamaño los nanocristales cambiarán su estructura interna en un solo paso rápido, como hacen las moléculas durante la isomerización. Banin y Robinson encontraron ese número mágico en un vuelo fortuito de Ítaca a Jerusalem.

El equipo conjunto de la Universidad Hebrea-Cornell comenzó a estudiar la transición en pequeñas moléculas de racimo, específicamente “nanoclusters de tamaño mágico”. Estos grupos contienen solo 57 átomos, lo que los hace más grandes que las moléculas típicas pero aún más pequeños que los materiales a granel, como el grafito o los diamantes. El equipo reveló que la transición en estos grupos, a medida que cambiaban de una estructura (o fase) a otra, tuvo lugar en un solo paso, como es el caso de la isomerización en moléculas pequeñas. De esta manera, el equipo encontró el eslabón perdido entre las transiciones de fase en masa y la isomerización molecular.

Aunque se necesita más investigación, las posibles aplicaciones futuras incluyen el uso de estas partículas como interruptores en la informática o como sensores, compartió Banin. El descubrimiento también podría tener usos relacionados con la computación cuántica o como semilla para la generación de nanopartículas más grandes.

“Hace cien años, Albert Einstein no podría haber predicho que su Teoría de la Relatividad sería la base para los sistemas GPS y la aplicación Waze, en la que confiamos para la navegación. Los nanoclusters son sustancias químicas que se pueden usar para crear otros materiales más grandes. Ser capaz de manipular su cambio preciso de un estado a otro podría tener muchas aplicaciones importantes en el futuro”, concluyó Banin.

Febrero de 2019.