IBM y científicos de Warwick capturan primera imagen de alta resolución de trianguleno, molécula triangular altamente reactiva

Trianguleno obtiene su primer primer plano gracias a investigadores de IBM y Universidad de Warwick.

(7 de abril, ACTUALIZACIÓN: el artículo aparece en la portada de la edición de abril de Nature Nanotechnology).

Publicado hoy en Nature Nanotechnology, científicos de IBM hacen visible lo invisible.

Hace unas semanas IBM lanzó sus cinco predicciones anuales para los próximos cinco años. Ahora, investigadores en Zurich añaden una sexta predicción: la capacidad de imaginar y manipular las moléculas más pequeñas conocidas con precisión sin precedentes.

Tradicionalmente, moléculas como pentaceno, olympiceno, hexabenzocoroneno y cephalandole A se representan con modelos 2D de palitos. Gracias a un método de microscopía introducido por IBM en 2009, científicos en todo el mundo pueden ahora capturar estas estructuras en detalle notable, a veces por primera vez décadas después de su propuesta teórica.

"Ver moléculas individuales a tan alta resolución es transformador para químicos, especialmente para especies inusuales o altamente reactivas," dice Prof. David Fox, Universidad de Warwick.

El equipo de IBM, con dos ganadores de becas ERC —Leo Gross y Gerhard Meyer— también realiza manipulación atómica, permitiendo reacciones químicas controladas en una superficie.

El año pasado, en asociación con CiQUS en la Universidad de Santiago de Compostela, el equipo desencadenó y observó una ciclisación de Bergman, mientras que el año anterior visualizaron arinos —moléculas efímeras y altamente reactivas propuestas hace 115 años— confirmando su existencia.

Hoy, investigadores de IBM y químicos de Warwick han sintetizado y caracterizado trianguleno (hidrocarburo de Clar), molécula hipotetizada primero en 1953 pero considerada previamente demasiado inestable para aislar.

"Añadimos un anillo extra al marco olympiceno, aumentando complejidad pero produciendo finalmente una molécula con propiedades fascinantes," explica Anish Mistry, Universidad de Warwick.

El primer autor Niko Pavliček, IBM, señala que "usamos nuestra técnica de manipulación atómica de los estudios de arino y Bergman para generar trianguleno, una especie previamente no sintetizada, altamente reactiva con características magnéticas notables."

El trabajo se basa en la combinación pionera de IBM de microscopía de túnel de barrido (STM) y microscopía de fuerza atómica (AFM), tecnologías que valieron a ex-científicos de IBM Premios Nobel y Kavli en los 80s.

En este estudio, la punta STM removió dos átomos de hidrógeno de una molécula precursora mediante electrones de túnel inducidos por voltaje. El producto resultante se imagió a voltajes menores para revelar sus orbitales moleculares. Cálculos de teoría funcional de densidad corroboraron que trianguleno retiene sus propiedades intrínsecas cuando se adsorbe en una superficie.

El AFM, equipado con punta terminada en monóxido de carbono, resolvió los seis anillos de benceno fusionados del molécula planar, formando un triángulo simétrico —su primera imagen de alta resolución.

Gross explica: "Mientras radicales sigma típicamente enlazan con cobre, trianguleno —siendo un radical pi con electrones desapareados deslocalizados— no forma tales enlaces en cobre, resultado sorprendente que destaca su estructura electrónica única."

Electrones desapareados dan origen a momentos magnéticos a escala molecular. En hidrocarburos convencionales, electrones apareados cancelan efectos de spin, pero los spins deslocalizados de trianguleno producen magnetismo medible, propiedad con aplicaciones potenciales en espintrónica.

Pavliček vislumbra "segmentos tipo trianguleno incorporados en nanocintas de grafeno como ruta prometedora a dispositivos espintrónicos orgánicos." Las nanocintas de grafeno también se exploran para compuestos ligeros de alta resistencia.

"Demostramos que el magnetismo de trianguleno persiste en superficies de xenon o cloruro de sodio," añade Pavliček. "Sin embargo, nuestro STM/AFM actual carece de campo magnético, dejando estados magnéticos detallados y excitaciones abiertos para estudio futuro."

Esta investigación es parte del nuevo Consorcio Colaborativo de IBM, el Instituto de Fronteras de Investigación IBM, que reúne miembros para desarrollar tecnologías revolucionarias y evaluar impactos empresariales.

Financiamiento fue provisto parcialmente por la Comisión Europea a través de proyectos Horizon 2020 PAMS y ITN QTea y becas ERC CEMAS y AMSEL.