Iman txikietan txikienak, urrezkoak

(Argazkia: Artxibokoa)

Magnetikoa ez den elementu bat magnetiko bihurtzea lortu dute. Aurkikuntza, hala ere, magnetikoak ez diren elementuak magnetiko bihurtzea baino haratago doa. Izan ere, batetik, ezaugarri magnetiko horiek ohiko elementu magnetikoen inoizko partikula txikienak baino txikiagoak direnean aurkitu dituzte. Hain zuzen ere, esan daiteke inoiz lortu diren imanik txikienak direla. Bestetik, normalean ezaugarri horiek tenperatura baxuetan gertatzen dira. Kasu honetan, berriz, giro-tenperatura baino askoz goragoko tenperaturan ere gertatzen direla ikusi dute.

Lan horrek ateak irekitzen dizkio aplikazio berriei. Izan ere, partikula magnetiko horiek memoria magnetikoetan nahiz medikuntzan erabil daitezke. Medikuntzan bi aplikazio nagusi izango lituzkete: batetik, erresonantzia magnetikoetan kontrasteen bultzatzaile gisa erabiliko lirateke; bestetik, botikak puntu jakin batzuetara (esaterako, tumoreetara) bideratzeko garraiatzaile-lanak egingo lituzkete. Hau da, botikak soilik zelula kantzerigenoetara bideratuko lirateke, zelula osasuntsuetan inolako kalterik eragin gabe. Izan ere, gaur egungo tratamenduak oso erasotzaileak dira organismoarentzat.

Txikia 'ezberdina' da

Txikia 'ezberdina' dela esan ohi da, eta urrearen kasuan ere hala gertatzen da. Alegia, ez da aski sistema fisikoek eskala handietan erabiltzen duten jokamoldeari begiratzea atomo gutxi batzuetako mailetan gerta daitekeena iragartzeko. "Elementuen tamaina txikituz gero, haien ezaugarri magnetikoak nabarmen aldatzen dira. Ezaugarri magnetikoak materialaren egitura elektronikoaren araberakoak dira, eta, hain zuzen ere, eskala nanometrikora hurbiltzen garen heinean gertatzen dira aldaketak" azaldu digu Jose Javier Saiz Garitaonandia EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko fisikariak.

Urre-nanopartikulak zelula kantzerigenoetan itsasten dira, eta distiratsu bilakatzen dituzte. Zelula osasuntsuetan, ordea, ez dira hain erraz itsasten.

GeorgiaTech

EHUko eta nazioarteko ikertzaileek ikusi dute urre-nanopartikulak magnetikoak direla giro-tenperaturan eta zenbait molekula organikoz inguratzen direnean. Esaterako, tiolez (karbonoz, hidrogenoz eta sufrez osatutako molekulak) inguratzean, urre-nanopartikulak ferromagnetiko bilakatzen dira, nahiz eta tiolak urre-atomoak bezala diamagnetikoak diren.

Urre-nanopartikulak tiolez inguratzen direnean, sufre-atomoek eta urre- atomoek lotura kobalentea eratzen dute. Lotura sendo horretan, karga-transferentzia txiki bat gertatzen da urre-atomotik sufre-atomora, eta, hortaz, urre-atomoaren azkenengo geruza elektronikoa ez da beteta ageri. Horren ondorioz, momentu magnetiko txiki bat sortzen da urre-atomo bat sufre-atomo batekin lotzen den bakoitzean.

Demagun zentimetro bateko erradioa duen urre-partikula bat tiolez inguratzen dela. Partikula horren azaleko ehun milioi atomoetatik bat magnetikoa litzateke. Nanopartikulen kasuan, berriz, atomoen erdiak lirateke magnetikoak.

Hala ere, hori ezaguna zuten hainbat ikerketa-taldek, hala nola iazko azaroan aldizkarian elkarrizketatu genuen Antonio Hernando zientzialariak eta haren Madrilgo Magnetismo Aplikatuaren Institutuko taldeak. Baina portaera harrigarri horren jatorria ez zuten zehatz-mehatz ezagutzen. Maiz, ezpurutasunei lotzen zaie magnetismo hori. Alegia, uste da ezpurutasunak izan ohi direla urrearen magnetismo horren erantzule. Oraingoan, berriz, EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko ikertzaile-taldeak eta Japoniako eta Australiako ikertzaile-taldeak urrearen magnetismoaren jatorria zein den jakitea lortu dute.

Australiako Monash Unibertsitateko John Cashion irakaslearekin aritu ziren elkarlanean EHUko ikertzaileak.

J.J. Saiz

Horretarako, ikertu nahi den elementua soilik aztertzen duten zenbait teknika konplexu erabili dituzte, bai Australian, bai Japonian. Teknika nuklearrak eta partikula-azeleratzaileetan oinarritutako teknikak dira, hain zuzen ere.

Australiatik Japoniara

Batetik, Mössbauer teknika nuklearra erabili dute. Materialetako ezaugarri magnetikoak ikertzea da Mössbauer espektroskopiaren aplikazio arruntenetako bat. Munduan bost edo sei laborategik baino ez dute teknika aurreratu hori; bat Australian dago, eta hara jo zuten EHUko ikertzaileek. "Zientzia eta Teknologia Fakultatean badugu Mössbauer espektrometroa, baina burdinarako optimizatuta dago, eta urrearen kasuan arazoak ematen ditu" azaldu du Saiz Garitaonandiak.

Mössbauer teknika bereizmen handiko teknika da. Nukleo atomikoek parte hartzen duten elkarrekintza elektriko eta magnetikoei elkarrekintza hiperfin deritze. Mössbauer espektroskopian oso erraz ikus daitezke elkarrekintza horiek. Konposatu magnetikoen informazio asko parametro hiperfin horietatik lor daiteke.

Mössbauer espektrometroa bereizmen handiko teknika da.

J. Cashion

Mössbauer teknika nuklearrean, iturri erradiaktiboa beste elementu bat izan ohi da. "Lehendabizi, iturri erradiaktiboa (kasu honetan, platino 197) Sydneyko erreaktore nuklear batean aktibatu genuen. Iturri erradiaktibo horri neutroiak igorri, eta platinoa urre 197 bilakatzen da. Hori lortu bezain pronto, hegazkina hartu eta Sydneytik Melbournera joan behar genuen. Izan ere, Melbournen espektrometroa prest geneukan iturri erradiaktiboa sartzeko. Erlojuaren kontra aritu ginen lanean" azaldu digu Saiz Garitaonandiak.

Esperimentu horretan ikusten da zenbat atomo diren magnetikoak, eta zenbat ez. Atomo bakoitzak seinale bat ematen du. EHUko ikertzaileek ikusi zuten partikularen gainazalean dauden atomoak soilik direla magnetikoak. Logikoa ere bada hori. Izan ere, gainazaleko atomoak lotzen dira gehienbat molekula organikoekin, hala nola tiolekin.

Japoniako Spring 8 sinkotroia munduko sinkotroirik energetikoena da.

www.spring8.or.jp

Bestetik, partikulen azeleratzaileetan oinarritutako teknika Japoniako Spring 8 sinkotroian gauzatu zuten. Gaur egun, munduko sinkotroirik energetikoena da, 8 GeV-tan egiten du lan. Sinkotroi batean hainbat ikerketa-lerro daude. Lerro bakoitzak halako energia-tarte batean egiten du lan. Beraz, aldez aurretik, norberak ikertu nahi duen esperimentua energia-tarte horietako batean egiterik badagoen edo ez jakin behar da. "Urrearen kasuan 5d elektroiaren trantsizioa aztertu nahi genuen, eta hori Japonian posible zela ikusi genuen; --azpimarratu du Eider Goikolea kimikariak-- optika guztia egokitu, eta esperimentuak egiten hasi ginen". Kostata, baina urre-atomoaren 5d elektroia magnetikoa zela behatu zuten EHUko ikertzaileek.

Bi teknika horiei esker, lehen aldiz frogatu dute, zalantzarik gabe, urre- atomoetan magnetismoa dagoela, beste edozein baldintzatan berez magnetikoak ez badira ere. Urrean ez ezik, portaera hori 2 nm-ko zilar- eta kobre-nanopartikuletan ere aurkitu dute.

Lan horren guztiaren ekarpena Eider Goikolea Nuñez kimikariaren doktore-tesian sartuko da. Jose Javier Saiz Garitaonandia eta Maite Insausti Peña irakasleak dira tesi horren zuzendariak.