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Los metales se vuelven similares a moléculas a escala atómica, revelan los científicos de materiales
Una de las características definitorias de los metales es la forma en que se mantienen unidos. Esencialmente, una red de iones metálicos se asienta en un mar de electrones deslocalizados y esto actúa como una especie de pegamento que une la estructura.
Estos enlaces metálicos son completamente diferentes de los enlaces covalentes que mantienen unidas las moléculas. Para empezar, los enlaces metálicos son un fenómeno colectivo que se produce debido al comportamiento general de los iones metálicos y los electrones deslocalizados.
Es más, los enlaces metálicos no tienen una dirección preferida. Eso es útil porque hace que las estructuras metálicas sean estables y al mismo tiempo permite que los átomos se agreguen o eliminen fácilmente.
Por el contrario, se forma un enlace covalente entre dos átomos y es muy direccional. Estos enlaces forman el esqueleto que mantiene unidas las moléculas y permite la creación de estructuras muy complejas, como buckyballs y proteínas.
Pero, ¿qué pasa con el enlace que mantiene unida la estructura metálica más simple imaginable: dos átomos de metal formando un puente? Hoy, Harsh Deep Chopra y sus amigos de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo dicen que han caracterizado la naturaleza de este vínculo a temperatura ambiente por primera vez.
Su asombroso descubrimiento es que el enlace entre dos átomos de metal se vuelve de tipo molecular en estas situaciones; en otras palabras, es mucho más fuerte y altamente direccional. Y dicen que este hallazgo tiene importantes implicaciones para el diseño y la construcción de futuros dispositivos de tamaño atómico.
Su experimento es sencillo en principio. Acercaron la punta de un microscopio de fuerza atómica a una superficie de oro lo suficiente como para crear un puente de un solo átomo. Luego retiraron la punta para medir cuánta fuerza se necesitó para romper el puente.
Los resultados son sorprendentes. La fuerza necesaria para romper los enlaces entre los átomos de oro en un metal a granel es de aproximadamente 0,5 nanonewtons. Pero cuando dos átomos de oro están aislados en un puente, se necesitan alrededor de 2 nanonewtons para hacer el mismo trabajo. Eso es o cuatro veces la fuerza, que debe aplicarse en una dirección específica. (Obtuvieron resultados similares con la plata).
Entonces, los enlaces entre los átomos de metal en un dispositivo a escala atómica son tanto direccionales como significativamente más fuertes que los del material a granel. En otras palabras, los enlaces se vuelven de tipo molecular a esta escala.
Eso podría tener implicaciones importantes para la forma en que se diseñan y construyen los dispositivos a escala atómica. Los enlaces direccionales proporcionan una alta estabilidad configuracional a los dispositivos metálicos de tamaño atómico, dicen Chopra y compañía.
Además, es menos probable que estos dispositivos sufran las complicaciones derivadas de las interfaces de metal a granel, que pueden terminar uniéndose con todo tipo de detritos no deseados. Eso simplemente no puede suceder con los enlaces direccionales.
Por supuesto, estos enlaces metálicos pronto pierden su carácter direccional cuando se agregan más átomos de metal. Entonces, una pregunta interesante es hasta qué punto se puede explotar este fenómeno para crear estructuras de tipo molecular. Eso es un problema para el trabajo futuro.
Pero con la tendencia a la miniaturización de la microelectrónica acercándose ahora al nivel atómico, una mejor comprensión de cómo se mantienen unidos los dispositivos de escala atómica seguramente no estará mal.
Ref: http://arxiv.org/abs/1305.5582 : Los enlaces metálicos se vuelven similares a moléculas en dispositivos de tamaño atómico