Química

Desvelando interioridades de los nanoconglomerados de oro

(NC&T) Usando dos técnicas experimentales diferentes, dos grupos de investigación independientes, en colaboración con un equipo del Centro Computacional para la Ciencia de los Materiales (CCMS), del Instituto Tecnológico de Georgia, han desvelado las características electrónicas y la evolución estructural dependiente del tamaño, de los nanoconglomerados de oro que tienen entre 11 y 24 átomos. El análisis teórico realizado por el equipo del Tecnológico de Georgia, muestra una coincidencia casi perfecta con las estructuras de los conjuntos de átomos que se producen en los experimentos. Conocer las estructuras electrónicas y geométricas de los nanoconglomerados de oro es un paso importante hacia la comprensión de su comportamiento bajo condiciones diversas, tales como las inherentes a su uso como nanocatalizadores o a ciertas aplicaciones médicas.

El oro en bruto se valora por su propiedad como metal no reactivo. Su empleo en la electrónica, la odontología, la joyería y el arte dependen de su característica de ser inerte. Pero a escala nanométrica, cuando los conglomerados de oro contienen sólo un pequeño número de átomos, las muestras presentan propiedades muy diferentes, como una alta reactividad química que convierte a esos nanoconglomerados en potentes catalizadores. Como sus propiedades físicas y químicas dependen decisivamente de las estructuras físicas, los científicos han invertido significativos esfuerzos para determinar cuáles son las configuraciones más estables de los conglomerados de oro en este rango de dimensiones. Obtener este conocimiento resulta de gran importancia para dilucidar las propiedades químicas de estos racimos de átomos, y también para las investigaciones que pretenden descubrir los patrones físicos que gobiernan la formación de racimos.

Entre los años 2000 y 2002, un equipo del Tecnológico de Georgia predijo que los nanoconglomerados de oro de hasta 13 átomos cargados negativamente, presentarían estructuras planas bidimensionales. La aparición de estructuras bidimensionales para tales racimos metálicos relativamente grandes es exclusiva del oro, y los investigadores demostraron que la formación de dichas estructuras está relacionada con fuertes efectos relativistas en este metal. Cuando esas predicciones fueron verificadas experimentalmente, grupos de investigadores del Tecnológico de Georgia y de otros lugares pusieron su atención en explorar lo que sucede cuando los nanoconglomerados son aún más grandes.

Los científicos quisieron saber lo que ocurre después de 13 átomos. Durante los últimos años, los investigadores del CCMS han hecho predicciones teóricas sobre las estructuras de los nanoconglomerados de oro con más átomos. Ahora, trabajando con dos grupos de experimentación independientes, han encontrado evidencia de que el desarrollo estructural de estos nanoconglomerados depende de su tamaño.

Nanoconglomerados de oro
La estructura electrónica teórica que mejor encaja para un nanoconglomerado de oro de 24 átomos. (Foto: GIT)
Los equipos encontraron que los racimos empiezan como estructuras bidimensionales, manteniéndose así hasta que llegan a 13 ó 14 átomos. A partir de unos 16 átomos, se transforman en cajas huecas tridimensionales. Al llegar a 20 átomos, adoptan una forma tetraédrica que recuerda a la estructura cristalina del oro en bruto. Sin embargo, con 24 átomos, los racimos de oro toman la forma inesperada de un tubo cerrado.

Estos estudios fueron realizados por científicos del Instituto Fraunhofer para la Mecánica de los Materiales, la Universidad de Friburgo, la Universidad de Jyvaskyla (Finlandia) y el Instituto Rowland de la Universidad de Harvard.


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