En un estudio publicado recientemente en Nature Nanotechnology, investigadores del Instituto de Ciencias Fot\u00f3nicas (ICFO, en Barcelona, Catalunya, Espa\u00f1a), de la escuela polit\u00e9cnica ETH Zurich (Suiza) y de la Universidad de Viena han atrapado con l\u00e1ser una part\u00edcula para medir y confirmar experimentalmente una predicci\u00f3n sobre nanotransiciones formulada por el f\u00edsico holand\u00e9s Hendrik en 1940.<\/p>\n
Aunque esta historia comienza bastante antes. En 1827, el bot\u00e1nico ingl\u00e9s Robert Brown hizo una observaci\u00f3n aparentemente de poca importancia en su momento, pero que luego llegar\u00eda a desempe\u00f1ar un papel central en el desarrollo de la teor\u00eda at\u00f3mica de la materia. Al mirar a trav\u00e9s de su microscopio, not\u00f3 que los granos de polen que flotaban en el agua se sacud\u00edan constantemente, como impulsados por una fuerza invisible, un fen\u00f3meno ahora conocido como movimiento browniano.<\/p>\n
M\u00e1s tarde se entendi\u00f3 que el movimiento irregular de la part\u00edcula de polen es causado por el incesante golpeteo de las mol\u00e9culas de agua que rodean a la part\u00edcula de polen. El an\u00e1lisis te\u00f3rico de Albert Einstein de este fen\u00f3meno proporcion\u00f3 evidencia crucial para la existencia de \u00e1tomos.<\/p>\n
Las colisiones entre el grano de polen y las mol\u00e9culas de agua tienen dos efectos importantes en el movimiento del grano. Por un lado, generan fricci\u00f3n que ralentiza la part\u00edcula y, por otro lado, su agitaci\u00f3n t\u00e9rmica mantiene a la part\u00edcula en movimiento. El movimiento browniano es el resultado del equilibrio de estas fuerzas competidoras.<\/p>\n
La fricci\u00f3n y el movimiento t\u00e9rmico provocados por el entorno tambi\u00e9n afectan considerablemente las transiciones entre los estados de larga duraci\u00f3n, por ejemplo, las transiciones de fase como la congelaci\u00f3n o la fusi\u00f3n. Los estados de larga duraci\u00f3n, por ejemplo, diferentes fases de un material o diferentes especies qu\u00edmicas, se encuentran separados por una barrera de alta energ\u00eda en forma de colina.<\/p>\n
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La barrera que hay entre los valles, o pozos, evita que el sistema f\u00edsico salte constante y r\u00e1pidamente entre los dos estados. Como consecuencia, el sistema pasa la mayor parte de su tiempo revoloteando en uno de los pozos y rara vez salta de un pozo al otro. Estas transiciones son importantes para muchos procesos en la naturaleza y la tecnolog\u00eda, que van desde transiciones de fase hasta reacciones qu\u00edmicas y el plegado de prote\u00ednas.<\/p>\n
\u00bfCon qu\u00e9 frecuencia, entonces, ocurren estos raros eventos de saltos entre pozos? Esta es la pregunta que el f\u00edsico holand\u00e9s Hendrik Kramers postulo a nivel te\u00f3rico en 1940. Utilizando un sistema de un modelo simple, demostr\u00f3 matem\u00e1ticamente que la velocidad a la que ocurren las transiciones disminuye r\u00e1pidamente con el aumento de la altura de la barrera.<\/p>\n
Y lo que es m\u00e1s sorprendente, Kramers predijo que el ritmo de transici\u00f3n tambi\u00e9n depende de la fricci\u00f3n de una manera muy interesante. Para una fricci\u00f3n fuerte, el sistema se mueve m\u00e1s lento, lo que lleva a un ritmo de transici\u00f3n peque\u00f1o. A medida que la fricci\u00f3n disminuye, el sistema se mueve m\u00e1s libremente y el ritmo de transici\u00f3n aumenta.<\/p>\n
Sin embargo, para una fricci\u00f3n suficientemente baja, la velocidad de transici\u00f3n comienza a disminuir nuevamente porque en este caso el sistema tarda mucho tiempo en adquirir suficiente energ\u00eda del entorno para superar la barrera. El m\u00e1ximo resultante del ritmo de transici\u00f3n en la fricci\u00f3n intermedia se denomina rotaci\u00f3n de Kramers.<\/p>\n
Ahora, como parte de una colaboraci\u00f3n internacional, los cient\u00edficos del ETH Zurich, el ICFO y la Universidad de Viena han logrado observar directamente la rotaci\u00f3n de Kramers para una nanopart\u00edcula en levitaci\u00f3n. En su experimento y utilizando una trampa l\u00e1ser, lograron mantener una nanopart\u00edcula entre dos pozos, separados por una barrera de energ\u00eda.<\/p>\n
Al igual que el grano de polen observado por Brown, la nanopart\u00edcula colisiona constantemente con las mol\u00e9culas que la rodean y estas interacciones aleatorias ocasionalmente empujan la nanopart\u00edcula sobre la barrera.<\/p>\n
Al monitorear el movimiento de la nanopart\u00edcula a lo largo del tiempo, los cient\u00edficos determinaron la velocidad a la cual la nanopart\u00edcula salta entre los pozos para una amplia gama de fricciones, valores que pueden ajustarse con precisi\u00f3n ajustando la presi\u00f3n del gas alrededor de la nanopart\u00edcula. El ritmo de transici\u00f3n que han obtenido de su experimento confirma la predicci\u00f3n hecha por Kramers hace casi 80 a\u00f1os.<\/p>\n
“Estos resultados mejoran nuestra comprensi\u00f3n de la fricci\u00f3n y el movimiento t\u00e9rmico a escala nanom\u00e9trica y ser\u00e1n \u00fatiles en el dise\u00f1o y la construcci\u00f3n de los futuros nanodispositivos “, comenta Christoph Dellago, uno de los autores del estudio.<\/p>\n
Fuente:<\/strong> ICFO<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" En un estudio publicado recientemente en Nature Nanotechnology, investigadores del Instituto de Ciencias Fot\u00f3nicas (ICFO, en Barcelona, Catalunya, Espa\u00f1a), de la escuela polit\u00e9cnica ETH Zurich (Suiza) y de la Universidad de Viena han atrapado con l\u00e1ser una part\u00edcula para medir y confirmar experimentalmente una predicci\u00f3n sobre nanotransiciones formulada por el f\u00edsico holand\u00e9s Hendrik en 1940.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":7523,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":["post-7522","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tech"],"yoast_head":"\n