Moléculas apasionadas por la velocidad - Las carreras de coches más pequeñas del mundo se producen en vacío

Moléculas apasionadas por la velocidad - Las carreras de coches más pequeñas del mundo se producen en vacío

Los nanocoches tienen un tamaño minúsculo, en concreto, de una sola molécula. Hace unas semanas, este tipo de "vehículo" participó en una carrera en Toulouse (Francia), donde las condiciones eran extremas: vacío especialmente alto y temperaturas cercanas a cero absoluto.
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En estas carreras no escuchamos los rugidos de los motores ni vemos maniobras arriesgadas; la velocidad no es precisamente ultrasónica, sino que se mide en nanómetros, en lugar de en kilómetros por hora. Sin embargo, la competición entre estos participantes es muy emocionante ya que es necesario controlar las moléculas individuales, los átomos y las partículas subatómicas.

Libertad de circulación gracias al sistema de vacío

La carrera en cuestión tiene una longitud de cientos de nanómetros y está hecha de oro puro. Además, esta nanocarrera se lleva a cabo a temperaturas extremadamente frías. Para poder dirigir a los competidores por la pista de carreras, el movimiento propio de las moléculas debe ser el mínimo posible, por eso, la posición de salida debe enfriarse a una temperatura de - 269º C mediante nitrógeno y helio. Prácticamente nada se mueve por voluntad propia tan cerca de la temperatura cero absoluto. 

Para que los coches puedan circular con libertad, no debe haber ningún átomo extraño en la pista de carreras. Toda pequeña contaminación, como por ejemplo, una molécula de oxígeno atmosférico, podría sacar a un nanocoche de la pista. Para mantener estas condiciones, la competición tiene lugar en un sistema de vacío extremadamente alto. Gracias a la ayuda de bombas turbomoleculares y bombas de iones  la presión se reduce a 10-11 mbar. 

Los átomos como marcas de navegación

La pista de oro se limpia exhaustivamente antes de la carrera: la superficie se bombardea con iones y se calienta después, para garantizar que esté lisa. Los nanocientíficos añaden entonces átomos individuales de oro para marcar el curso de los vehículos a lo largo de la pista. 

El siguiente reto es colocar los coches moleculares en la pista sin destruirlos en el proceso. Para ello, se calientan en una cámara preparatoria hasta que se evaporan. El candidato adecuado para la carrera se selecciona de entre las moléculas que permanecen en la superficie de la pista dorada.

Detección a través del caudal del túnel

Los minúsculos competidores, cada uno con un tamaño aproximado de cien milésimas con respecto al diámetro de un cabello humano, no se pueden ver mediante microscopios ópticos ya que la longitud de onda de la luz es demasiado grande. Por eso, los equipos de investigadores realizan un seguimiento de lo que ocurre en la carrera a través de un microscopio de efecto túnel. Esta herramienta cuenta con una sonda de medición conductiva, cuya punta consiste en un único átomo que se desplaza sobre la superficie de la pista de carreras mediante movimientos de cuadrículas, con intervalos de unos pocos nanómetros.

Aunque la punta de la sonda y el objeto de investigación no entran nunca en contacto, de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, se crea un caudal de túnel cuando se aplica una baja tensión. El volumen de este caudal depende en gran medida de la distancia entre el objeto y la sonda. Cuando se hace un barrido de la capa de oro, la punta se controla de una manera tan precisa que la distancia y el volumen del caudal siempre se mantienen constantes. Esto permite a los científicos crear un perfil de altura para la carrera, con una representación topográfica de los nanocoches. 

Ocho horas hasta llegar a la línea de meta

De hecho, los investigadores no solo utilizan la sonda para que sus coches de carreras sean visibles, sino también para controlar su movimiento. Además, también utilizan el caudal de túnel. En Toulouse, este método se utilizó para aumentar el nivel de energía de algunos vehículos moleculares al sumar un electrón. Los coches volvieron a soltar inmediatamente esta energía, transformándola en movimiento. Otros equipos de carreras utilizaron la repulsión electrostática de electrodos para desplazarse.

También existe la posibilidad de dirigir a los vehículos a su destino de manera mecánica a través de la punta de la sonda, pero durante la carrera, esto solo estaba permitido en el caso de una emergencia extrema. El equipo ganador fue el suizo, que no necesitó recurrir a este tipo de desplazamiento. Su Swiss Nano Dragster alcanzó la increíble velocidad sin precedentes de doce nanómetros por hora, y fue el más rápido en atravesar la línea de meta, después de aproximadamente ocho horas. El éxito se celebró con botellas de champán, igual que en las carreras convencionales.

Busch colabora con los centros de investigación de todo el mundo a través de la tecnología de vacío. Para apoyar a jóvenes investigadores y desarrolladores, Busch patrocina grupos de trabajo formados por estudiantes de diferentes universidades ofreciéndoles su tecnología de vacío.


Los científicos solo podían utilizar cerca de cien átomos para construir sus coches en miniatura. Sin embargo, no había restricciones sobre su aspecto externo.

El principio del vehículo de aerodeslizadores fue el ganador

Los vehículos con los que compitieron los seis equipos de investigadores eran muy diferentes: los nanocoches utilizados por Francia, Estados Unidos y Austria se parecían mucho a los coches de carreras convencionales, mientras que el vehículo de Japón tenía la forma de un hueso y el de Alemania, la de un molino. El diseño ganador de la Universidad de Basilea seguía el principio de los vehículos aerodeslizadores. La molécula plana consistía en cuatro anillos de carbono colocados en forma de "Y". El motor de la estructura estaba formado por tres átomos de carbono mientras que un grupo de metilo se utilizaba como alerón delantero. Sin embargo, los nanocientíficos de Basilea no desarrollaron la molécula específicamente para participar en esta carrera; en sus investigaciones habituales, el equipo suizo utilizaba el Swiss Nano Dragster como componente orgánico para las células solares.


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