Química / Física cuántica / Nanotecnología
Un simulador cuántico crea moléculas artificiales que se comportan como las reales
Desarrolla átomos artificiales que sirven como bloques de construcción para diseñar estructuras moleculares artificiales bidimensionales, que recuerdan a moléculas orgánicas conocidas
Los científicos desarrollaron un simulador cuántico para emular estructuras moleculares de menor dimensión: las moléculas artificiales se comportan igual que las reales. / Crédito: Radboud University.
Por qué confiar en El Periódico Utilizando un simulador cuántico, un grupo de investigadores ha logrado desarrollar moléculas sintéticas que se asemejan a moléculas orgánicas reales. El avance permitirá modificar con mayor facilidad las estructuras moleculares con distintos fines y comprender mejor cómo cambian y se alteran. Las aplicaciones son infinitas, destacando su uso para la creación de materiales novedosos a utilizar en ordenadores cuánticos o para la fabricación de dispositivos electrónicos a nanoescala.
Científicos de la Universidad Radboud de Nimega, en Países Bajos, han desarrollado moléculas artificiales que se comportan de forma similar a las moléculas orgánicas reales. Para lograrlo, el equipo dirigido por Alex Khajetoorians, Daniel Wegner y Emil Sierda creó en principio átomos artificiales mediante un simulador cuántico, con los cuales posteriormente “construyeron” las estructuras moleculares sintéticas.
En el nuevo estudio, publicado en la revista Science, los investigadores explican que este avance permitirá simular el comportamiento de moléculas reales mediante el uso de moléculas artificiales. De esta manera, se podrán modificar las propiedades de las moléculas o estudiar sus cambios y comportamientos de una forma que hoy resulta prácticamente imposible o poco realista. Además, las aplicaciones en el campo de la nanoelectrónica o los ordenadores cuánticos son muy amplias.
Atrapando electrones
El aspecto clave de esta nueva técnica es el funcionamiento del simulador cuántico. Los investigadores desarrollaron un sistema en el que logran “atrapar” electrones. Los electrones rodean a una molécula como una nube: utilizando esos electrones atrapados, los especialistas pueden construir una molécula artificial, con un parecido asombroso con las reales.
“Crear moléculas es algo complejo: lo más difícil es entender cómo reaccionan ciertas moléculas, cómo cambian cuando se retuercen o alteran. Estos cambios son la base de la química y conducen a reacciones fundamentales, como la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno”, indicó en una nota de prensa Alex Khajetoorians, uno de los autores principales de la nueva investigación.
Con las moléculas sintéticas, los científicos pueden tener nuevas herramientas para comprender el funcionamiento de las moléculas reales, sin tener que lidiar con los desafíos que presentan estas últimas, como por ejemplo su forma en constante cambio. Utilizando el simulador cuántico, los investigadores crearon una versión artificial de una de las moléculas orgánicas básicas en química: el benceno.
Vale recordar que el benceno es el componente inicial de una gran cantidad de productos químicos, como el estireno, que se emplea para fabricar poliestireno. “Un detalle clave es que las moléculas artificiales son diez veces más grandes que las reales, permitiendo que sea más fácil trabajar con ellas para múltiples aplicaciones”, agregó Khajetoorians.
Aplicaciones sin límites
A partir de este avance, los usos de la nueva técnica son prácticamente infinitos. “Solo hemos comenzado a imaginar para qué podemos usar esto. Tenemos tantas ideas que es difícil decidir por dónde empezar”, expresó en el mismo comunicado Daniel Wegner, otro de los líderes del equipo de investigadores. Para comenzar, una mejor comprensión de las moléculas y sus reacciones impactará en todos los campos científicos imaginables.
En concreto, las moléculas artificiales podrían ser fundamentales para desarrollar nuevos materiales para el futuro hardware informático, por ejemplo en el caso de los ordenadores cuánticos. Al trabajar con versiones sintéticas, los científicos pueden evaluar las propiedades y funcionalidades novedosas de ciertas moléculas y analizar si valdrá la pena desarrollar el material real.
La nanoelectrónica es otro campo en el cual podrán aplicarse estos avances: los investigadores creen que conducirán a la creación y fabricación de dispositivos electrónicos artificiales de una sola molécula, por ejemplo para reducir notablemente el tamaño de un transistor en un chip de ordenador. Hacia el futuro, los simuladores cuánticos podrán ampliar aún más su capacidad al funcionar como verdaderos ordenadores cuánticos, según estiman los científicos.
Referencia
Quantum simulator to emulate lower-dimensional molecular structure. A. Khajetoorians, D. Wegner, E. Sierda et al. Science (2023). DOI:https://doi.org/10.1126/science.adf2685
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