David Muller (derecha) y su colaboradora Pinshane Huang, con un modelo de la estructura atómica del cristal. Fuente: Universidad de Cornell.
Hace unos meses, científicos de la Universidad de Cornell (EEUU) y de la Universidad de Ulm (Alemania) presentaban la hoja de cristal más delgada del mundo. Con una sola molécula de espesor, de tan fina quedará registrada en el Libro Guinness de los Récords a partir del año que viene.
La hoja es de hecho tan delgada que, con un microscopio electrónico, se pueden distinguir en ella incluso átomos individuales de silicio y oxígeno, informó el pasado mes de septiembre la Universidad de Cornell.
El hallazgo de esta lámina, del que se hizo eco NANOLetters, fue casual. Lo realizaron en un laboratorio el profesor de física aplicada y director del Instituto Kavli de dicha Universidad, David A. Muller, y sus colaboradores, mientras fabricaban grafeno. En un momento dado, los científicos se dieron cuenta de que había algo de “suciedad” sobre el grafeno. Al analizarla, descubrieron que estaba formada por los elementos propios del cristal, el silicio y el oxígeno.
Los investigadores creen que esta lámina se formó por una fuga de aire que habría causado que el cobre utilizado en el proceso de elaboración del grafeno reaccionara con el cuarzo que, como el cristal, está formado por silicio y oxígeno.
La hoja es de hecho tan delgada que, con un microscopio electrónico, se pueden distinguir en ella incluso átomos individuales de silicio y oxígeno, informó el pasado mes de septiembre la Universidad de Cornell.
El hallazgo de esta lámina, del que se hizo eco NANOLetters, fue casual. Lo realizaron en un laboratorio el profesor de física aplicada y director del Instituto Kavli de dicha Universidad, David A. Muller, y sus colaboradores, mientras fabricaban grafeno. En un momento dado, los científicos se dieron cuenta de que había algo de “suciedad” sobre el grafeno. Al analizarla, descubrieron que estaba formada por los elementos propios del cristal, el silicio y el oxígeno.
Los investigadores creen que esta lámina se formó por una fuga de aire que habría causado que el cobre utilizado en el proceso de elaboración del grafeno reaccionara con el cuarzo que, como el cristal, está formado por silicio y oxígeno.
Respuesta atómica a la deformación
A pesar de lo sorprendente de este primer hallazgo, Mulle y su equipo se han llevado hace poco otra sorpresa. Han descubierto que cuando esta lámina de cristal extremadamente delgada se dobla, se deforma o se rompe puede observarse en ella la “danza” de los átomos de silicio que la componen, y que pujan por reordenarse (ver vídeo).
Por tanto, ahora se puede conocer cómo se rompe el vidrio, átomo a átomo, han explicado los científicos al respecto en otro comunicado de la Universidad de Cornell.
Esto es importante porque el cristal es un material muy difícil de estudiar, debido a que es un “sólido amorfo”, es decir, que a pesar de ser un sólido, sus partículas carecen de una estructura ordenada, como sucede con los líquidos.
De hecho, hasta ahora nadie había podido observar los átomos de vidrio reorganizándose, a pesar de que diversas teorías habían aventurado como sería. También se han hecho simulaciones por ordenador para tratar de reproducir el proceso, pero en definitiva ésta es la primera realización experimental lograda, aseguran los autores del estudio.
A pesar de lo sorprendente de este primer hallazgo, Mulle y su equipo se han llevado hace poco otra sorpresa. Han descubierto que cuando esta lámina de cristal extremadamente delgada se dobla, se deforma o se rompe puede observarse en ella la “danza” de los átomos de silicio que la componen, y que pujan por reordenarse (ver vídeo).
Por tanto, ahora se puede conocer cómo se rompe el vidrio, átomo a átomo, han explicado los científicos al respecto en otro comunicado de la Universidad de Cornell.
Esto es importante porque el cristal es un material muy difícil de estudiar, debido a que es un “sólido amorfo”, es decir, que a pesar de ser un sólido, sus partículas carecen de una estructura ordenada, como sucede con los líquidos.
De hecho, hasta ahora nadie había podido observar los átomos de vidrio reorganizándose, a pesar de que diversas teorías habían aventurado como sería. También se han hecho simulaciones por ordenador para tratar de reproducir el proceso, pero en definitiva ésta es la primera realización experimental lograda, aseguran los autores del estudio.
Trayectorias de los átomos de sílice en el vidrio cuando éste se deforma. Fuente: Universidad de Cornell.
Cristales de diseño
Los investigadores obtuvieron imágenes del fino cristal con un microscopio electrónico de transmisión (MET), una tecnología que utiliza un haz de electrones para visualizar un objeto. Dispararon ese haz sobre el vidrio, causando así en éste una deformación estructural visible. Al mismo tiempo, registraron imágenes del proceso.
Posteriormente unieron todas esas imágenes, para hacer una película. En ella aparecen los átomos meneándose y sacudiéndose como consecuencia de la deformación del cristal.
“Todo el mundo creía que era imposible ver cómo se mueven los átomos de un cristal, y de repente hemos podido hacerlo con este nuevo vidrio ultrafino”, explican los investigadores. Muller añade que “se podría decir que hemos identificado algunos de los movimientos básicos de esa danza atómica".
Pero los investigadores han encontrado algo inesperado más: bajo el haz de electrones, algunas partes del vidrio se fundieron, formando límites móviles entre el vidrio sólido y el fundido. "No entendemos en profundidad por qué el vidrio es sólido. Un experimento que nos permite congelar el proceso podría resultar revelador en este sentido”, señalan.
Los hallazgos realizados, detallados en Science, podrían propiciar en un futuro el diseño átomo a átomo de cristales para crear láminas de vidrio más fuertes o transistores más robustos.
Los investigadores obtuvieron imágenes del fino cristal con un microscopio electrónico de transmisión (MET), una tecnología que utiliza un haz de electrones para visualizar un objeto. Dispararon ese haz sobre el vidrio, causando así en éste una deformación estructural visible. Al mismo tiempo, registraron imágenes del proceso.
Posteriormente unieron todas esas imágenes, para hacer una película. En ella aparecen los átomos meneándose y sacudiéndose como consecuencia de la deformación del cristal.
“Todo el mundo creía que era imposible ver cómo se mueven los átomos de un cristal, y de repente hemos podido hacerlo con este nuevo vidrio ultrafino”, explican los investigadores. Muller añade que “se podría decir que hemos identificado algunos de los movimientos básicos de esa danza atómica".
Pero los investigadores han encontrado algo inesperado más: bajo el haz de electrones, algunas partes del vidrio se fundieron, formando límites móviles entre el vidrio sólido y el fundido. "No entendemos en profundidad por qué el vidrio es sólido. Un experimento que nos permite congelar el proceso podría resultar revelador en este sentido”, señalan.
Los hallazgos realizados, detallados en Science, podrían propiciar en un futuro el diseño átomo a átomo de cristales para crear láminas de vidrio más fuertes o transistores más robustos.
Referencias bibliográficas:
David A. Muller, et al. Direct Imaging of a Two-Dimensional Silica Glass on Graphene. NANOLetters (2012). DOI: 10.1021/nl204423x.
P. Y. Huang, S. Kurasch, J. S. Alden, A. Shekhawat, A. A. Alemi, P. L. McEuen, J. P. Sethna, U. Kaiser, D. A. Muller. Imaging Atomic Rearrangements in Two-Dimensional Silica Glass: Watching Silica's Dance. Science (2013). DOI: 10.1126/science.1242248.
David A. Muller, et al. Direct Imaging of a Two-Dimensional Silica Glass on Graphene. NANOLetters (2012). DOI: 10.1021/nl204423x.
P. Y. Huang, S. Kurasch, J. S. Alden, A. Shekhawat, A. A. Alemi, P. L. McEuen, J. P. Sethna, U. Kaiser, D. A. Muller. Imaging Atomic Rearrangements in Two-Dimensional Silica Glass: Watching Silica's Dance. Science (2013). DOI: 10.1126/science.1242248.