 | | | El físico Benjamin Ocko | |
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| Foto: Brookhaven National Laboratory | |
Los científicos están participando en un programa en el Brookhaven para cultivar películas ultrafinas sobre superficies líquidas y sólidas. Están interesados en películas con propiedades controlables a un espesor de sólo pocos nanómetros, de forma que puedan desarrollar tecnologías basadas en estas propiedades. Además, las películas orgánicas ultrafinas tienen cada vez más importancia para otras tecnologías emergentes, como pantallas electrónicas flexibles, y materiales biotecnológicos avanzados que puedan, por ejemplo, imitar las funciones de las membranas celulares.
El equipo decidió usar mercurio líquido como superficie, en lugar de un sólido. Las superficies líquidas son desordenadas, y por tanto no imponen su estructura a las películas; eso las hace un soporte importante para realizar experimentos de crecimiento de películas orgánicas. Los investigadores llenaron una bandeja con una capa de mercurio líquido y depositaron una cantidad controlada de unas moléculas orgánicas llamadas alkyl-thiol, en la superficie. Seleccionaron el alkyl-thiol porque cada molécula tiene un extremo terminado en un átomo de azufre, que se adhiere fuertemente a superficies metálicas. Las moléculas de thiol se han estudiado extensamente sobre superficies de oro, pero la naturaleza exacta del enlace azufre-oro ha sido polémica. Uno de los objetivos principales del estudio era determinar la naturaleza del enlace entre un par similar: azufre y mercurio. Los científicos usaron rayos X de la National Synchrotron Light Source en Brookhaven, una instalación que produce rayos X, infrarrojos y luz ultravioleta para la investigación en muchos campos. Midieron cómo los rayos X se dispersaban en la película desde varios ángulos diferentes, usando un único instrumento desarrollado por ellos que desvía los rayos X hacia la superficie de mercurio líquido. Los científicos repitieron este experimento varias veces, añadiendo más alkyl-thiol cada vez, para seguir la evolución de la estructura de la película al incrementar la densidad de las moléculas. A medida que se aumentaba la densidad de alkyl-thiol, surgieron tres patrones de dispersión distintos, cada uno correspondiendo a un orden molecular diferente. Con la menor densidad, las moléculas permanecen acostadas sobre la superficie del mercurio. A una densidad intermedia, las moléculas se inclinan de manera que el azufre del extremo entraba en contacto con el mercurio. Finalmente, con la densidad más alta, las moléculas se yerguen completamente. El análisis de rayos X de la fase "acostada" mostró que las moléculas de alkyl-thiol están desordenadas, apuntando hacia todas direcciones. Sin embargo, las fases "erguida" e "inclinada" son muy ordenadas, con las moléculas dispuestas en patrones cristalinos, independientemente de la naturaleza desordenada del líquido subyacente. Adicionalmente, la fase "inclinada" posee una característica estructural inusual: las porciones de la cadena de alkyl-thiol y los átomos de azufre se alinean de forma diferente, de manera que las cadenas forman un patrón mientras que el azufre forma otro. Según el análisis, los átomos de azufre de dos cadenas vecinas se enlazan químicamente con un átomo de mercurio. En la fase inclinada, el enlace azufre-mercurio exhibe un orden cristalino. Estos enlaces también se forman en la fase "erguida", pero aparecen desordenados. Estos detalles específicos son necesarios para entender las propiedades electrónicas de la película y cómo usarlas en las nuevas tecnologías. En próximas investigaciones, los científicos planean estudiar la estructura de capas moleculares localizada entre dos superficies conductoras, una configuración de mucha relevancia para la electrónica molecular.
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