UN VUELO DE RUTINA ENTRE ESTADOS UNIDOS E ISRAEL PERMITE UN GRAN DESCUBRIMIENTO DE NANOCIENCIA

En el 2016, cuando se encontraba pasando su año sabático en el laboratorio de Nanociencia de la Universidad Hebrea de Jerusalén, el profesor Richard Robinson necesitó que le enviaran un «paquete» desde Ithaca, en el estado de Nueva York, adonde se encuentra la Universidad de Cornell

Se trataba de un conjunto de nanopartículas que, aunque parezca increíble fuera del ambiente científico, se pueden despachar por correo, aunque con las precauciones del caso.

Fue entonces que el profesor Robinson le pidió a uno de sus alumnos que le mandara el «paquete» de las nanopartículas, de una «medida» específica, vía aérea.

«Cuando me llegaron -recuerda Robinson-, las medí con el espectómetro y me dije: ‘vaya, me mandaron las partículas pequeñas en lugar de las grandes’«. Cuando se comunicó con la universidad, el estudiante le respondió: «no profesor, le mandé las grandes».

«Fue entonces que nos dimos cuenta de que algo debería haberlas hecho cambiar durante el vuelo, y eso desató una catarata de preguntas y experimentos que nos hicieron llegar a un descubrimiento«, contó.

Junto a su colega Tobias Hanrath, también de Cornell, y el profesor Uri Banin, fundador del Centro para la Nanociencia y la Nanotecnología de la Universidad Hebrea de Jerusalén, Robinson publicó el paper «Chemically Reversible Isomerization of Inorganic Clusters» en la revista especializada Science, donde afirman haber encontrado un nanocluster de «tamaño mágico».

Se trata, indicaron en el reporte, del «eslabón perdido» que une la división entre cómo la materia se reacomoda a sí misma en isomerizaciones de pequeña escala, por un lado, y las transiciones de «fase» que ocurre en los casos de materia en grandes volúmenes.

Según explicó la Universidad de Jerusalén, Banin, Robinson y Hanrath dedujeron que las partículas en el «paquete» se transformaron durante el viaje entre Ithaca y Jerusalén.

«Debe haber habido humedad en la cabina de carga» del avión y «las muestras cambiaron su fase», explicó Banin.

La isomerización -la transformación de una molécula en otra molécula con los mismos átomos, solo que acomodadas de distinta manera- es un proceso común en la naturaleza, en general impulsada por la adición de energía.

Es el caso, por ejemplo, de la luz que provoca un «switch» en la retina y permite ver, o cuando se calienta aceite de oliva a una temperatura demasiado alta y se convierte en una forma no saludable de grasa trans.

Materias en grandes volúmenes, como el grafito, también pueden cambiar de fase, convirtiéndose en diamantes, por ejemplo, pero ello requiere mucha más energía y los cambios se producen de manera gradual, un proceso que se expande lentamente a través de la molécula.

Durante años, explicó la Universidad de Jerusalén, científicos buscaron el «puente» esos dos tipos del proceso: el de las grandes materias que cambian más lentamente y el de las pequeñas que pueden pasar de uno a otro estado, siempre de manera coherente.

Ese «puente» viene siendo un objetivo muy escurridizo para los nanocientíficos que quieren entender el «crossover» entre isomerización molecular y las transiciones de fase.

Para encontrar ese «puente» tenían que descubrir a qué medida los nanocristales cambiarían su estructura interna en paso único y rápido, de la manera en que las moléculas lo hacen durante la isomerización.

Para la Universidad de Jerusalén, «Banin y Robinson encontraron ese ‘número mágico en un viaje fortuito entre Ithaca y Jerusalén». Y, a partir de ahí, el equipo conjunto de académicos empezó a estudiar las transiciones en pequeños clusters de moléculas, específicamente los nanoclusters del «número mágico».

Esos clusters tienen solamente 57 átomos, explicaron desde la Universidad, por lo que son más grandes que las moléculas típicas pero mucho más pequeñas que las materias de grandes volúmenes, como el grafito o los diamantes.

La investigación mostró que la transición en esos clusters, al cambiar de una estructura o fase a otra, ocurría en un solo paso, como sucede con la isomerización de las moléculas pequeñas.

Los científicos reconocen que «todavía hace falta mucha investigación». Sin embargo, afirmaron que se puede pensar en futuras aplicaciones del descubrimiento, como utilizar a esas partículas para el encendido y apagado de computadoras o sensores.

También podría ser aplicado en trabajos para el desarrollo de la computación cuántica o como «semilla» para la generación de nanopartículas más grandes.

«Hace un siglo, Albert Einstein no podría haber previsto que su Teoría de la Relatividad sería la base de los sistemas GPS de navegación en los que tanto confiamos», dijo Banin. «Los nanoclusters son químicos que pueden ser utilizados para crear materiales más grandes -continuó-. Ser capaces de manipular de manera precisa su transformación de un estado a otro puede tener muchas aplicaciones significativas en el futuro».