miércoles, 25 de abril de 2012

PRIMERAS IMAGENES EN TIEMPO REAL DE DOS ÁTOMOS VIBRANDO EN UNA MOLÉCULA

Primeras imágenes en tiempo real de dos átomos vibrando dentro de una molécula. (Foto: Cosmin Blaga, Ohio State University)

Científicos de la Universidad de Ohio (EE.UU.) han logrado en tiempo real, la primera imagen de dos átomos vibrando dentro de una molécula, para lo cual, fue utilizada una cámara ultrarrápida. La clave del experimento, que aparece en la edición de la presente semana de la revista Nature es el uso que hicieron los investigadores de la energía del electrón de una molécula propia como una especie de “lámpara de flash” para iluminar el movimiento molecular.
El equipo compuesto por Luis DiMauro de la Universidad Estatal de Ohio y el investigador Postdoctoral Cosmin Blaga del Ohio State University utilizó pulsos láser ultrarrápido para expulsar el electrón fuera de su órbita natural en la molécula. Cuando el electrón retrocedió hacia la molécula, se produjo el destello en forma análoga a una onda expansiva en un estanque de agua.
El investigador principal, Luis DiMauro, dijo que la hazaña constituye un primer paso hacia no sólo la observación de las reacciones químicas, sino también su control a escala atómica.
"A través de estos experimentos, nos dimos cuenta de que podemos controlar la trayectoria cuántica del electrón cuando se trata de volver a la molécula, mediante el ajuste del láser que se pone en marcha", dijo DiMauro, que es profesor de física en la Estatal de Ohio. "El siguiente paso será ver si somos capaces de dirigir el electrón en la forma adecuada para controlar efectivamente una reacción química."
Este nuevo enfoque de expulsión del electrón, se ha basado en los estudios teóricos de otros investigadores de la Universidad Estatal de Kansas, coautores del artículo.
Una técnica llamada difracción de electrones inducida por láser (Lied) se utiliza comúnmente en la ciencia de superficies para estudiar los materiales sólidos. Aquí, los investigadores lo utilizan para estudiar el movimiento de los átomos en una molécula.
Las moléculas que escogieron para el estudio eran muy simples: nitrógeno, o N2 y el oxígeno, o O2. N2 y O2 son comunes los gases atmosféricos, y los científicos ya saben todos los detalles de su estructura, por lo que estas dos moléculas muy básicas hicieron un buen objeto de prueba para el método de Lied.
En cada caso, los investigadores expulsaron la molécula mediante pulsos de luz láser de 50 femtosegundos, o quadrillionths de un segundo. Ellos fueron capaces de derribar a un solo electrón de la capa exterior de la molécula y detectar la señal de dispersión de los electrones, ya que volvieron a chocar con la molécula.
DiMauro y Blaga compararon la señal de electrones dispersos en el patrón de difracción que se formó cuando la luz pasó a través de rendijas. Solamente con el patrón de difracción, los científicos pueden reconstruir el tamaño y forma de las ranuras. En este caso, dado el patrón de difracción del electrón, los físicos reconstruyeron el tamaño y la forma de la molécula - es decir, las ubicaciones de los núcleos de los átomos constituyentes.
La clave, explicó Blaga, es que durante el breve lapso de tiempo entre el momento en que el electrón es eliminado de la molécula y cuando se re-choca, los átomos en las moléculas se han movido. El método LIED puede capturar este movimiento "similar a hacer una película del mundo cuántico", agregó.
Más allá de su potencial para controlar las reacciones químicas, la técnica ofrece una nueva herramienta para estudiar la estructura y dinámica de la materia, dijo. "En última instancia, queremos realmente entender cómo las reacciones químicas. Por lo tanto, a largo plazo, habría aplicaciones en ciencia de materiales e incluso fabricación de productos químicos"
"Usted puede usar esto para estudiar los átomos individuales", agregó DiMauro "pero el mayor impacto de la ciencia vendrá cuando podemos estudiar las reacciones entre moléculas más complejas. En cuanto a los átomos - es un largo camino desde el estudio de una molécula más interesante como lo es una proteína".
La investigación incluyó a los autores  Anthony DiChiara, Sistrunk Emily, Zhang Kaikai, Pierre Agostini, y Terry A. Miller, de Ohio State, y CD Lin, de la Universidad Estatal de Kansas. Como coautor y para obtener el doctorado,  en la parte tórica de esta investigación, Junliang Xu , quién  pronto se unirá al laboratorio de DiMauro como investigador Postdoctoral.
Fuente:Ohio State University. Research News
Enlace: http://researchnews.osu.edu/archive/moleculepicture.htm
Contacts:
Louis DiMauro: Dimauro.6@osu.edu
Cosmin Blaga: Blaga.1@osu.edu
Written by Pam Frost Gorder: (614) 292-9475; Gorder.1@osu.edu