El deseo de diseñar materiales a la carta no está tan lejos como parece. Queda camino por recorrer, pero la posibilidad de manipular a nuestro antojo átomos para construir estructuras de tamaño, primero, en la nanoescala y, después, perceptibles por nuestros sentidos se vislumbra cada vez más cercano. Una investigación internacional, en la que participa la Universidad de Oviedo, ha demostrado que, al menos computacionalmente, se pueden manipular átomos cíclicamente de forma controlada sobre superficies no metálicas. Este hallazgo, según los investigadores, permitirá avanzar en el diseño de materiales a demanda.

 

El estudio ha sido desarrollado, entre otros autores, por José Manuel Recio, catedrático del Departamento de Química Física y Analítica de la Universidad de Oviedo, y David Abbasi Pérez, doctorado en la Universidad de Oviedo, postdoc durante la investigación en el King's College de Londres y actual investigador Marie Skłodowska-Curie en la Universidad Complutense de Madrid. El trabajo ha sido publicado en la revista The Journal of Physical Chemistry Letters, que edita la Sociedad Americana de Química. 

 

El profesor Recio destaca que, con este estudio, "hemos conseguido simular procesos a nivel atómico en los que se cargan y descargan átomos desde y hacia diferentes posiciones de una superficie no metálica". Para ello, los investigadores han modelado la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM por sus siglas en inglés) que actúa como una grúa para llevar a cabo estas operaciones. "Por poner un símil sencillo, con esta grúa (la punta del microscopio) actuamos como si transportáramos los ladrillos en la construcción de una vivienda", añade. 

 

Como no todas las grúas son válidas para todos los tipos de ladrillos, las puntas del microscopio empleado en esta investigación y los átomos susceptibles de ser manipulados han sido objeto de escrutinio para seleccionar cuáles y en qué condiciones pueden emplearse para llevar a cabo estas operaciones. Los resultados se han discutido mucho con grupos de expertos con el objeto de crear nuevos protocolos experimentales. "Esta investigación extiende las herramientas de manipulación atómica a superficies no metálicas y varios elementos de la tabla periódica (aluminio, galio, arsénico, oro), lo que abre vías para que el diseño de nuevos materiales con propiedades seleccionadas de forma anticipada esté cada vez más próximo", indica el primer firmante de la publicación David Abbasi.

 

Este protocolo resolvería el problema conocido como los dedos pegajosos, en el que, si una punta tiene tendencia a coger un átomo de la superficie, entonces no tiende a soltarlo y viceversa. Sin embargo, los investigadores han descubierto que, aproximando y retirando la punta sobre posiciones muy precisas, es posible realizar ambas operaciones (carga y descarga) sin destruir la punta original, lo que permite la manipulación vertical cíclica de una serie de átomos de distinta naturaleza. 

     

Una vez recreado este protocolo de manera experimental, se podrán fabricar nanoestructuras complejas átomo a átomo, lo que permitiría ajustar las propiedades de dichas nanoestructuras con precisión atómica, con un enorme potencial para la creación de nanosensores, nanoantenas, plantillas atómicas para la síntesis de metamateriales, nuevos catalizadores y un largo etcétera difícil ahora de vislumbrar. 

     

Referencia

David Abbasi-Pérez, Hongqian Sang, Filipe L. Q. Junqueira, Adam Sweetman, J. Manuel Recio, Philip Moriarty, and Lev Kantorovich. Cyclic Single Atom Vertical Manipulation on a Nonmetallic Surface. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 11383−11390. DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c02271