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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Ratisbona y de la TU Graz han demostrado que los átomos de hidrógeno son directamente visibles en los lados de las moléculas que se encuentran sobre una superficie. El estudio, publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (“Investigación de interacciones en el plano junto a una molécula adsorbida usando microscopía de fuerza de corte”) describe que mirando al lado de las moléculas, se podría revelar la posición y la presencia de los átomos de hidrógeno previamente ocultos.
Los átomos de hidrógeno en los bordes de las moléculas influyen en muchas propiedades de esas moléculas, incluida la forma en que interactúan con otras moléculas. Los enlaces de hidrógeno son una de las formas más comunes de interacciones moleculares, en las que un átomo de hidrógeno cargado positivamente en el lado de una molécula es atraído por un átomo cargado negativamente en una molécula vecina. Los enlaces de hidrógeno son de gran importancia en el campo de la síntesis superficial, en la que las moléculas primero se absorben en una superficie y luego reaccionan entre sí. Pero a pesar de su importancia, las observaciones directas de estos pequeños pero importantes átomos han sido difíciles de alcanzar.
Para visualizar las caras de las moléculas, los investigadores utilizaron una técnica especial derivada de la microscopía de fuerza atómica (AFM). AFM implica acercar una punta afilada a una superficie y registrar las fuerzas que actúan sobre la punta a medida que se mueve a través de la superficie. Los experimentos anteriores del AFM se centraron en el componente de fuerza vertical y no lograron detectar los átomos de hidrógeno en los lados de las moléculas.
Para superar esta limitación, los investigadores utilizaron microscopía de fuerza lateral (LFM), que mide las fuerzas horizontales ejercidas sobre la punta del AFM. PD Dra. Alfred J. Weymouth del grupo de trabajo del Prof. Dr. Franz J. Gießibl, catedrático de Nanociencia Cuántica en la UR, es un destacado experto en el campo de la LFM. Destacando sus capacidades únicas, explicó: «Aunque no se usa ampliamente, el LFM ofrece varias ventajas sobre el AFM tradicional, incluida una sensibilidad de rango excepcional, que permite la extracción de parámetros físicos de una sola imagen, y la capacidad de cuantificar las fuerzas de fricción». deje que un solo átomo se deslice sobre enlaces químicos.
Al medir la fuerza lateral ejercida sobre la punta del AFM en los bordes de las moléculas, los Dres. Weymouth y sus colegas hicieron que los átomos de hidrógeno fueran directamente visibles. Los datos brutos de los experimentos podrían compararse directamente con cálculos teóricos, lo que permitiría una comprensión más profunda de las interacciones atómicas.
Si bien las interacciones átomo-átomo a menudo se modelan utilizando funciones simplificadas dependientes de la distancia, la comparación de estos modelos con los datos experimentales reveló las limitaciones de estas aproximaciones y destacó la importancia de incorporar factores adicionales en estos marcos teóricos.
Estos hallazgos son valiosos tanto para los estudios AFM como para LFM porque permiten a los investigadores perfeccionar su comprensión de las interacciones atómicas fundamentales.
La capacidad de observar directamente los átomos de hidrógeno representa un avance significativo para los investigadores y proporciona una poderosa herramienta para dilucidar los complicados mecanismos y los pasos intermedios de las reacciones químicas en la superficie. Este avance tiene un enorme potencial para acelerar el progreso en diversas áreas, incluida la catálisis superficial y las interacciones moleculares en el cuerpo humano.
El desarrollo de esta novedosa técnica representa un avance significativo en nuestra comprensión del mundo microscópico y abre nuevas vías de investigación e innovación. Al visualizar directamente el comportamiento de los átomos de hidrógeno, los investigadores pueden obtener conocimientos más profundos sobre los procesos fundamentales que controlan las interacciones de las moléculas, allanando el camino para avances transformadores en diversos campos.
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