Scientists Trapping Atoms of Krypton in Carbon Nanotubes Unveils New Insights into Atomic Behavior

Científicos atrapando átomos de Kriptón en nanotubos de carbono revela nuevos conocimientos sobre el comportamiento atómico

En un logro innovador, científicos de la Escuela de Química de la Universidad de Nottingham han logrado atrapar átomos de kriptón, un gas noble, dentro de nanotubos de carbono, creando un gas unidimensional. Esta investigación pionera, que utiliza métodos avanzados de microscopía electrónica de transmisión (TEM), proporciona nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los átomos individuales.

El comportamiento de los átomos ha fascinado durante mucho tiempo a los científicos, ya que sus movimientos tienen un impacto profundo en fenómenos fundamentales como la temperatura, la presión, el flujo de fluidos y las reacciones químicas. Los métodos tradicionales de espectroscopía han permitido el análisis de grandes grupos de átomos, pero no proporcionan una comprensión detallada del comportamiento de átomos individuales en puntos específicos en el tiempo.

El desafío de imaginar átomos radica en su pequeño tamaño y sus movimientos de alta velocidad. Los átomos tienen un tamaño que oscila entre 0.1 y 0.4 nanómetros y pueden moverse a velocidades de aproximadamente 400 metros por segundo. Estos factores dificultan enormemente la visualización directa de los átomos en acción, y las representaciones visuales continuas y en tiempo real de los átomos siguen siendo uno de los desafíos científicos más significativos.

Utilizando nanotubos de carbono, los investigadores lograron atrapar átomos de kriptón y estudiar con precisión sus posiciones a nivel de átomo individual en tiempo real. Los átomos de kriptón fueron observados como puntos en movimiento, gracias al alto número atómico del kriptón que facilita su seguimiento en TEM. Este avance permitió a los científicos observar la formación de pares Kr2, unidos por la misteriosa interacción de van der Waals, en el espacio real.

La utilización de moléculas de fullerenos de Buckminster, con forma de balones de fútbol y compuestas por 60 átomos de carbono, facilitó el transporte de átomos individuales de kriptón hacia nano tubos de prueba. Al fusionar las jaulas de carbono, se liberaron los átomos de kriptón y se pudo estudiar su unión interatómica y su comportamiento dinámico en un solo experimento de TEM.

Una vez liberados de sus moléculas transportadoras, los átomos de kriptón formaron un gas unidimensional, confinado en el espacio extremadamente estrecho del canal del nanotubo. Los átomos en la fila de átomos de kriptón restringidos se vieron obligados a frenar, sin poder pasarse unos a otros debido al espacio estrecho. Esta observación es similar a los vehículos en un embotellamiento de tráfico. Aunque la transición a un gas unidimensional hizo que el contraste de átomos individuales desapareciera en el TEM, las técnicas complementarias como la microscopía electrónica de barrido (STEM) y la espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS) pudieron rastrear el movimiento de los átomos.

Esta investigación innovadora abre la puerta a un estudio más profundo de las transiciones de fase controladas por la temperatura y las reacciones químicas en sistemas unidimensionales utilizando la microscopía electrónica. Comprender estos estados inusuales de la materia contribuirá a nuestro conocimiento de la dinámica atómica y podría tener implicaciones significativas en varios campos de la ciencia y la tecnología.

Preguntas frecuentes:

P1: ¿Qué lograron los científicos en la Escuela de Química de la Universidad de Nottingham?
R1: Los científicos lograron atrapar átomos de kriptón dentro de nanotubos de carbono, creando un gas unidimensional.

P2: ¿Qué técnicas utilizaron los investigadores en su estudio?
R2: Los investigadores utilizaron métodos avanzados de microscopía electrónica de transmisión (TEM) para atrapar y estudiar los átomos de kriptón.

P3: ¿Por qué es difícil imaginar átomos?
R3: Los átomos son muy pequeños y se mueven a alta velocidad, lo que hace que la visualización directa de los átomos en acción sea increíblemente difícil.

P4: ¿Cómo rastrearon los investigadores el movimiento de los átomos de kriptón?
R4: El alto número atómico del kriptón facilitó el seguimiento en TEM, lo que permitió a los investigadores observar el movimiento de los átomos de kriptón como puntos en movimiento.

P5: ¿Cuál fue el papel de las moléculas de fullerenos de Buckminster en el estudio?
R5: Las moléculas de fullerenos de Buckminster se utilizaron para transportar átomos individuales de kriptón hacia nano tubos de prueba, lo que permitió un mayor estudio de su comportamiento.

P6: ¿Qué observación realizaron los científicos sobre el gas unidimensional formado por átomos de kriptón?
R6: Los átomos en la fila de átomos de kriptón restringidos se vieron obligados a frenar, sin poder pasarse unos a otros debido al espacio estrecho, similar a los vehículos en un embotellamiento de tráfico.

Definiciones:

1. Microscopía electrónica de transmisión (TEM): Una técnica de microscopía que utiliza electrones para crear imágenes de una muestra con alta magnificación.
2. Espectroscopía: El estudio de la interacción de la materia con la radiación electromagnética, a menudo utilizado para analizar la composición y propiedades de las sustancias.
3. Interacción de van der Waals: Una fuerza atractiva débil entre átomos o moléculas neutrales debido a fluctuaciones temporales en las distribuciones de electrones.
4. Buckminsterfullereno: Una molécula que consta de 60 átomos de carbono dispuestos en forma esférica que se asemeja a un balón de fútbol.

Enlaces relacionados:
– Escuela de Química de la Universidad de Nottingham
– Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
– Espectroscopía