En esta imagen de microscopio, las moléculas de ftalocianina de plomo sobre una superficie de plomo superconductora aparecen como tréboles de cuatro hojas. Las vibraciones de estas moléculas se estudiaron con el nuevo método. Crédito: Jan Homberg
En las moléculas, los átomos vibran con patrones y frecuencias característicos. Por lo tanto, las vibraciones son una herramienta importante para estudiar moléculas y procesos moleculares como las reacciones químicas. Si bien los microscopios de túnel de barrido se pueden usar para obtener imágenes de moléculas individuales, hasta ahora sus vibraciones han sido difíciles de detectar.
Físicos de la Universidad de Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) han inventado ahora un método con el que las señales de vibración pueden amplificarse en un factor de hasta 50. Además, han aumentado considerablemente la resolución de frecuencia. El nuevo método mejorará la comprensión de las interacciones en los sistemas moleculares y otros métodos de simulación. El equipo de investigación ya ha publicado los resultados en la revista Cartas de revisión física.
El descubrimiento de la Dra. Jan Homberg, Dr. Alexander Weismann y el Prof. Dr. Richard Berndt del Instituto de Física Experimental y Aplicada se basa en un efecto mecánico cuántico especial, el llamado «túnel inelástico». Los electrones que pasan a través de una molécula en su camino desde una punta de metal hasta la superficie del sustrato en el microscopio de efecto túnel pueden liberar energía a la molécula o quitarle energía. Éste intercambio de energía ocurre en porciones determinadas por las propiedades de la molécula respectiva.
Normalmente, esto transferencia de energía ocurre rara vez y, por lo tanto, es difícil de medir. Para amplificar la señal de medición y lograr simultáneamente una resolución de alta frecuencia, el equipo de la CAU utilizó una propiedad especial de las moléculas en los superconductores que habían descubierto previamente: moléculas muestran un estado en los espectros que parece como una aguja, muy fuerte y extremadamente nítido: la llamada resonancia Yu-Shiba-Rusinov.
El modelo muestra la disposición molecular en un sustrato de plomo. Crédito: Jan Homberg
Los experimentos fueron respaldados por el trabajo teórico de Troels Markussen de la compañía de software Synopsis en Copenhague.
Jan Homberg et al, espectroscopia vibratoria mejorada por resonancia de moléculas en un superconductor, Cartas de revisión física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.116801
Proporcionado por Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Cotizar: Physicists Make Molecular Vibrations More Detectable (21 de septiembre de 2022) consultado el 21 de septiembre de 2022 en https://phys.org/news/2022-09-physicists-molecular-vibrations.html
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