15.11.2021 - Forschungszentrum Jülich GmbH

Nano Dominó con Moléculas

Importante paso hacia la apertura de la tercera dimensión para la fabricación molecular

Hace tres años, un grupo de físicos de Jülich consiguió manipular una única molécula plana para ponerla en posición vertical. Sus resultados se publicaron entonces en Nature. Tras meses de experimentos, ahora han conseguido volver a tumbar la molécula. Los conocimientos adquiridos en el proceso representan un paso importante hacia la apertura de la tercera dimensión para la fabricación molecular.

La idea de fabricar componentes y circuitos eléctricos a nivel atómico y molecular pieza a pieza, de forma similar a la fabricación de máquinas más grandes, es uno de los objetivos centrales de la nanotecnología. El resultado obtenido por los investigadores de Jülich con sus socios de la Universidad inglesa de Warwick abre nuevas vías para lograr este objetivo, por ejemplo, formas de crear sensores ultrasensibles o puntos cuánticos para almacenar información cuántica en los ordenadores cuánticos. El Dr. Christian Wagner, jefe del grupo de investigación sobre manipulación molecular, nos habló de los últimos descubrimientos.

Dr. Wagner, empujar una molécula hacia abajo no parece tan complicado. ¿Podría hablarnos de los desafíos?

Aunque, por supuesto, no es difícil destruir una cosa pequeña y frágil de alguna manera, nuestro objetivo era averiguar hasta qué punto es estable una molécula parada. Para ello, es importante acercarse lentamente al punto crítico, un poco como en una prueba de fractura. En nuestro caso, aumentamos la temperatura poco a poco, lo que hizo que la molécula se agitara cada vez más, hasta que acabó cayendo. Aunque este experimento nos permitió estimar aproximadamente la estabilidad, queríamos saber con exactitud el grado de estabilidad de la molécula, así que la volvimos a poner en pie y la volvimos a tumbar cientos de veces. Es un poco como lanzar un dado: sólo se verá si un dado está cargado o no si se lanza con la suficiente frecuencia.

Además, también es muy difícil saber cuándo se cae realmente la molécula. La punta del microscopio es enorme en comparación con una sola molécula, y estabiliza la molécula cuando está cerca debido a las interacciones de van der Waals. Por otro lado, la punta debe situarse justo encima de la molécula para poder observar si ésta sigue en pie o no. Así que, en contraste con la norma en la mecánica cuántica, el estado de la molécula en este experimento sólo se altera cuando no estamos mirando. Por lo tanto, desarrollamos un método en el que la punta se aleja y se vuelve a colocar repetidamente cerca de la molécula. Ojos abiertos; ojos cerrados. O algo parecido.

Este proceso ocurre a una escala minúscula. ¿Puede explicarlo en términos más prácticos?

Es muy sencillo. Imagina un árbol en una tormenta. En lugar de la velocidad del viento, aumentamos la temperatura, pero el efecto sigue siendo el mismo. La molécula se balancea cada vez más hasta que acaba cayendo.

¿Qué hace que el dominó molecular sea relevante para las aplicaciones industriales?

Estamos familiarizados con la fabricación a nanoescala en la industria de los semiconductores, donde se crean diminutas estructuras capa a capa y se vuelven a grabar parcialmente. Es posible que en el futuro podamos fabricar estos componentes de otra manera. Una de ellas es construirlos con moléculas individuales, algo así como construir algo con LEGO. Las moléculas funcionarían como sensores o interruptores. Sin embargo, a menudo sus fascinantes y útiles propiedades sólo se mantienen intactas cuando no están colocadas de forma estable y plana, sino cuando están débilmente acopladas a su sustrato. Somos los primeros en medir y calcular lo estables que son estas frágiles configuraciones de las moléculas y hemos hecho una importante contribución que allana el camino para nuevos desarrollos tecnológicos.

Una aplicación interesante es la de los bits cuánticos formados por moléculas erguidas y paradas. ¿Podría explicarlo?

Una de las propiedades fascinantes y útiles de las moléculas son sus estados cuánticos, que pueden, por ejemplo, codificar dos estados: cero y uno. Si podemos acoplar estos bits cuánticos o "qubits" y controlarlos, podrían utilizarse como bloques de construcción para los ordenadores cuánticos, que se están desarrollando en todo el mundo en estos momentos. También en este caso resulta ventajoso que las moléculas puedan estar dispuestas con exactitud pero débilmente acopladas a su entorno; por ejemplo, como moléculas paradas. Todavía se puede debatir si los qubits moleculares ganarán la carrera para crear los mejores ordenadores cuánticos, pero nuestro trabajo sin duda amplía nuestra comprensión de cómo podría ser posible.

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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