Los científicos ofrecen a los diseñadores'grandes átomos' bajo demanda

03.06.2019

Smalyukh lab

Estos granos de sílice de forma hexagonal, cuando se suspenden en un cristal líquido, pueden parecerse a elementos de la tabla periódica.

En un futuro no muy lejano, los investigadores podrán construir átomos según sus especificaciones con un simple clic. Sigue siendo ciencia ficción, pero un equipo de la Universidad de Colorado en Boulder informa que se está acercando cuando se trata de controlar y ensamblar partículas llamadas "átomos grandes".

La nueva investigación, que se publicará en Nature, se centra en las partículas coloidales que, cuando se mezclan con cristales líquidos, actúan de forma muy parecida a los elementos de la tabla periódica. Estas partículas dan a los físicos la oportunidad de investigar cómo se comportan e interactúan el hidrógeno, el helio y otros átomos sin necesidad de hacer zoom hacia abajo al nivel atómico.

Al exponer a los grandes átomos a diferentes tipos de luz, por ejemplo, el equipo demostró que podía voltear sus cargas con un simple toque de interruptor. En otras palabras, las partículas que antes se atraían entre sí ahora se repelen entre sí.

"Debido a que tenemos tanto control, tenemos la capacidad de diseñar cómo se ensamblan estas partículas y qué propiedades tienen", dijo Ivan Smalyukh, profesor del Departamento de Física. "Es como un juego de herramientas de diseño."

Ese juego de herramientas de diseño comienza con un ingrediente simple: los cristales líquidos.

Estos materiales, que proporcionan imágenes nítidas en la pantalla de tu smartphone, suelen estar formados por moléculas en disposición ordenada, como varillas que apuntan en una sola dirección.

En la última década, sin embargo, los científicos han notado algo extraño en estos materiales fluidos. Si dejas caer partículas, como granos microscópicos de sílice, en cristales líquidos, las moléculas, que antes eran ordenadas, se doblarán y aplastarán para dar cabida a las nuevas adiciones, como si se empujara a un jugador de fútbol contra un vagón de metro ya abarrotado.

Y, sorprendentemente, la forma en que esos cristales líquidos se doblan puede ser matemáticamente análoga a las estructuras de las capas de electrones de los átomos.

"La forma en que los cristales líquidos se doblan alrededor de las partículas es muy importante", dijo Smalyukh, también del Programa de Ingeniería de Ciencia de Materiales y del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética. "Cuando interrumpes esas moléculas, cuesta energía, y esa energía conduce a interacciones interesantes."

Dobla las moléculas de cristal líquido de la manera correcta y los pedazos de sílice se enlazarán entre sí como si fueran dos átomos que se unen entre sí, pero mucho más grandes.

El problema, dijo Smalyukh, es que hasta hace poco, los científicos tenían muy poco control sobre esas grandes interacciones atómicas. Su grupo tenía la solución.

Para hacer su mezcla coloidal única, Smalyukh y sus colegas utilizaron piezas de sílice en forma de hexágonos para sus grandes átomos. Pero antes de dejar caer esas partículas en cristales líquidos, los investigadores las cubrieron con un tipo de tinte que rota cuando se expone a diferentes tipos de luz.

Cuando los investigadores exponían su mezcla a cierto tipo de luz azul, las moléculas de cristal líquido se doblaban alrededor de los hexágonos siguiendo un patrón. Usar un tipo diferente de luz y se doblarían de una manera completamente diferente.

El grupo informó que podían cambiar la carga efectiva de un átomo grande de positivo a negativo y viceversa por capricho.

"Es casi como si se pudiera hacer brillar la luz y convertir la materia en antimateria", dijo Ye Yuan, investigador postdoctoral en física y autor principal del nuevo estudio. Otros coautores fueron los postdoctorales Qingkun Liu y Bohdan Senyuk.

Y, dijo Yuan, el equipo pudo controlar esas interacciones usando una lámpara común con un filtro en ella, sin necesidad de láseres de alta potencia.

"En principio, podríamos tener un buen día soleado en Colorado y llevar nuestras muestras afuera y ver esas interacciones", dijo Yuan.

Lo que lo entusiasma por lo que el equipo podría construir con estos grandes átomos. Los investigadores creen que, con los ajustes correctos, podrían usar su método para ensamblar partículas de maneras únicas, creando estructuras falsas-atómicas que no existen en la naturaleza-y luego disolver esas estructuras con la misma facilidad.

"De alguna manera, todavía tenemos que averiguar qué podemos hacer con esto", dijo Smalyukh.

¿Construyendo tu propia tabla periódica desde cero? Manténgase en sintonía.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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