Representación de los electrones en la molécula con forma de “medio Möbius”
IBM Research y la Universidad de Manchester
Los químicos han descubierto una nueva forma molecular, y es dos veces más extraña que la sinuosa tira de Möbius.
La tira de Möbius es una banda en forma de bucle con un giro, de modo que algo diminuto, como una hormiga, tendría que dar dos vueltas alrededor del bucle para regresar al punto de partida en el mismo lado de la tira.
Igor Rončević de la Universidad de Manchester en el Reino Unido y sus colegas descubrieron ahora una molécula con una forma de “medio Möbius” aún más extraña. Su experimento puede ser el primer paso hacia una nueva forma de diseñar moléculas útiles ajustando sus formas o topología tridimensionales.
“Esta molécula es muy nueva y muy inesperada. El atractivo no es sólo que hemos creado una molécula con una topología inusual, sino que también hemos demostrado que esta topología es posible, y nadie pensó realmente en ello”, afirma.
Para crear la molécula, los investigadores utilizaron 13 átomos de carbono y dos átomos de cloro ensamblados en forma de anillo sobre una delgada superficie de oro a una temperatura extremadamente fría. Utilizaron dos microscopios especializados (un microscopio de fuerza atómica y un microscopio de efecto túnel) para controlar los átomos y mapear las propiedades de sus electrones. En este tipo de molécula, los electrones no están estrechamente unidos a sus átomos; en cambio, los electrones se propagan a través de regiones específicas alrededor de los átomos como pequeñas ondas de materia.
Fueron las interacciones entre estos electrones las que produjeron la torsión nunca antes vista en la molécula. Si una pequeña criatura cuántica viajara a lo largo de los átomos, tendría que dar cuatro vueltas al anillo para regresar a su punto de partida.
Al presionar la molécula con un pequeño pulso electromagnético, el equipo pudo cambiar el giro de la molécula de izquierda a derecha o desenroscarla. Los investigadores podrían diseñar su topología según demanda, creando otra forma para que los químicos manipulen las moléculas.
Para comprender la nueva molécula y por qué podría existir, el equipo utilizó simulaciones tanto en una computadora convencional como en una computadora cuántica de IBM. Las interacciones entre electrones fueron cruciales para los nuevos giros de la molécula y son difíciles de simular exactamente con computadoras convencionales. Pero los ordenadores cuánticos ya se construyen a partir de objetos cuánticos que interactúan, por lo que pueden realizar simulaciones con un mayor nivel de confianza, afirma Rončević.
Este es un ejemplo de cómo las computadoras cuánticas ya pueden ser útiles para problemas químicos del mundo real, dice Ivano Tavernelli, miembro del equipo de IBM.
“Este experimento es un logro notable en varias dimensiones: química orgánica, ciencia de superficies, nanociencia y química cuántica”, dice Gemma Solomon de la Universidad de Copenhague en Dinamarca.
“Se trata de un estudio hermoso e inspirador que traslada vívidamente conceptos topológicos abstractos al ámbito de la química molecular”, afirma Kenichiro Itami del instituto científico japonés RIKEN. Dice que el estudio es una proeza técnica.
Dongho Kim, de la Universidad de Yonsei en Corea del Sur, pionero de trabajos anteriores sobre moléculas similares a Möbius, dice que ser capaz de cambiar la molécula de una forma a otra es particularmente interesante, ya que podría conducir a aplicaciones en sensores. Por ejemplo, las moléculas podrían cambiar de forma preprogramada cuando se exponen a campos magnéticos.
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