9,10-ditioantraceno (DTA) es un compuesto orgánico con tres núcleos aromáticos, similar al antraceno, que posee dos grupos tiolsustituyendo sus carbonos 9 y 10. La peculiaridad del compuesto es que, cuando se sitúa puro sobre una superficie caliente de cobre, es capaz de avanzar en línea recta mediante un mecanismo molecular que mimetiza el bipedismo (el andar) humano; este hecho se produce por la torsión de la molécula que provoca el desplazamiento de los grupos tioles, que actuarían como pies.1
Este hecho, analizado en la Universidad de California en Riverside, produjo desplazamientos de unos 10.000 pasos en nanoescala sin asistencia externa y en línea recta, sin que se requiriese la existencia de raíles o surcos que encaminaran el avance.2
Los investigadores de la Universidad de California creen que esta propiedad podría ser interesante en el desarrollo de computadoras moleculares en los que el 9,10-ditioantraceno actuara como nanoábaco.
En esta entrada vamos a hablar de una molécula que presenta una propiedad un tanto peculiar: el 9,10-ditioantraceno, en ocasiones abreviado como DTA. Se trata, como su nombre indica, de un derivado del compuesto aromático antraceno. El antraceno es un hidrocarburo formado por la condensación de tres anillos aromáticos (tipo benceno) en forma lineal, por lo que su estructura, y la numeración propuesta para sus átomos, es la siguiente:
Así, el 9,10-ditioantraceno es un compuesto que presenta dos grupos –SH (grupos tiol) en los carbonos 9 y 10 del antraceno, es decir:
Pues bien, esta molécula presenta una peculiaridad muy simpática, y es que los dos grupos tiol funcionan como unos pies que le permiten “andar” sobre una superficie de cobre caliente. Encontacto con dicha superficie de cobre, la molécula sufre una serie de torsiones periódicas que la hacen avanzar con los tioles como puntos de apoyo, por lo que la apariencia de este movimiento es similar al andar del ser humano con dos tioles como piernas y el resto de la molécula como cuerpo. La molécula se mueve de tal manera que solamente uno de los enlaces está levantado; el otro enlace dirige el movimiento de la molécula y mantiene su curso en la superficie, alternándose ambos para que el DTA camine en línea recta sin necesidad de surcos ni carriles.
Según un estudio realizado conjuntamente por la Universidad de California y la Universidad de Kansas en el año 2005, “Unidirectional adsorbate motion on a high-symmetry surface: walking molecules can stay the course”1, la molécula dio unos 10.000 nanopasitos sin ninguna asistencia externa y en línea recta, sin que tampoco existiesen guías que encaminaran su avance sobre la superficie de cobre caliente. Si bien puede parecer una propiedad simplemente simpática o curiosa, los investigadores que realizaron el estudio sugieren que dicha propiedad podría ser interesante en el desarrollo de computadoras moleculares mediante el diseño expreso de moléculas que puedan realizar tareas o funcionar como nanoábacos sin necesidad de que se usen guías o surcos de tamaño molecular en la superficie por la que se desplazan. Un nanoábaco permitiría codificar números en un chip por la posición de una serie de moléculas a lo largo de una línea. Quién sabe si este tipo de descubrimientos, que en principio pueden parecernos meramente anecdóticos, abren la puerta a la fabricación de chips miles de veces más compactos que los actuales gracias al movimiento dirigido, y no al azar, de ciertas moléculas dispuestas sobre su superficie.
Los agregados de nanobarras de diamante o ADNRs por sus iniciales en inglés (Aggregated Diamond NanoRods), son una forma nanocristalina de diamante, conocida también como nanodiamante o hiperdiamante. En un trabajo del año 2003 se ha demostrado de manera convincente que el nanodiamante puede ser producido comprimiendo grafito, y en el mismo trabajo, se encontró que resulta mucho mas duro que el diamante corriente,1 lo cual lo convierte en el material mas duro conocido. Tiempo más tarde fue también producido por la compresión de buckminsterfullereno, confirmándose que se trata del material mas duro y el menos compresible de todos los conocidos. Con un módulo de compresibilidad isotermal de 491 Gigapascales, mientras que el diamante convencional posee un módulo de 442-446 GPa; estos resultados fueron inferidos a partir de datos de difracción de rayos X, los cuales además indican que los ADNRs son 0,3% mas densos que los diamantes comunes.2
El mismo grupo describiría más tarde a los ADNRs como "poseedores de una dureza y un Módulo de Young comparables a los del diamante natural, pero con una resistencia aldesgaste superior".3
Una superficie de diamante puro <111> (normal a la diagonal mayor del cubo) posee una dureza con un valor de 167±6 GPa al ser rayada con una punta de nanodiamante, mientras que una muestra de nanodiamante posee un valor de 310 GPa al ser rayada con una punta del mismo material.4 Sin embargo, el ensayo únicamente funciona de manera adecuada cuando la punta de ensayo se encuentra confeccionada con un material mas duro que el de la muestra a ser ensayada. Esto significa que el verdadero valor para el nanodiamante probablemente sea un poco menor a 310 GPa.
Los ADNRs son producidos por compresión de polvo de fullerita, una de las formas sólidas del alótropo de carbono conocido comofullereno, por medio de dos métodos mas o menos similares. Uno de los métodos hace uso de una celda de yunque de diamanteaplicando una presión de ~37 GPa, pero sin aplicación de calor.5 En el otro método, la fullerita es comprimida a bajas presiones (2–20 GPa) y luego calentada a temperaturas en el rango de los 300–2500 K.6 7 8 9 El material se encuentra formado por una serie de nanobarras de diamante interconectadas, cada una de estas barras posee un diámetro de entre 5 y 20 nanómetros y una longitud en torno al micrómetro.
Materiales de extrema dureza, de lo que en retrospectiva parecen haber sido nanodiamantes ya habían sido reportados en los años 1990.
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