En els imants petits els més petits, els d'or
2008/12/01 Kortabitarte Egiguren, Irati - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Han aconseguit convertir un element no magnètic en magnètic. No obstant això, el descobriment va més enllà de la conversió d'elements no magnètics en magnètics. De fet, s'han trobat aquestes característiques magnètiques quan són menors que les partícules més petites dels elements magnètics tradicionals. De fet, es pot dir que són els imants més petits que s'han aconseguit. D'altra banda, normalment aquestes característiques es donen a baixes temperatures. En aquest cas, també han observat que es produeixen a temperatures molt superiors a l'ambienti.
Aquest treball obre les portes a noves aplicacions. Aquestes partícules magnètiques es poden utilitzar tant en memòries magnètiques com en medicina. En medicina tindrien dues aplicacions principals: d'una banda, s'utilitzarien com a impulsors de contrastos en ressonàncies magnètiques i, per un altre, com a transportadors de medicaments cap a determinats punts com els tumors. És a dir, els medicaments només es destinarien a cèl·lules cancerígenes, sense causar cap mal a les cèl·lules sanes. De fet, els tractaments actuals són molt agressius per a l'organisme.
Petit és 'diferent'
Es diu que el petit és 'diferent', i en el cas de l'or ocorre el mateix. És a dir, no n'hi ha prou amb observar el comportament dels sistemes físics a grans escales per a predir el que pot ocórrer en nivells de pocs àtoms. "La disminució de la grandària dels elements alteren notablement les seves característiques magnètiques. Les característiques magnètiques depenen de l'estructura electrònica del material i els canvis es produeixen a mesura que ens acostem a l'escala nanométrica", explica José Javier Saiz Garitaonandia, físic de la Facultat de Ciència i Tecnologia de la UPV.
Investigadors de la UPV-EHU i internacionals han descobert que les nanopartícules d'or són magnètiques a temperatura ambient i envoltades de molècules orgàniques. Per exemple, en envoltar-se de tiol (molècules de carboni, hidrogen i sofre), les nanopartícules d'or es converteixen en ferromagnètiques, encara que els tioles són diamagnéticos com els àtoms d'or.
Quan les nanopartícules d'or s'envolten de tiol, els àtoms de sofre i d'or formen un enllaç covalent. En aquest sòlid enllaç es produeix una petita transferència de càrrega de l'àtom d'or al de sofre, per la qual cosa l'última capa electrònica de l'àtom d'or no apareix plena. Això provoca un petit moment magnètic cada vegada que un àtom d'or s'uneix a un àtom de sofre.
Una partícula d'or de radi d'un centímetre s'envolta de tiol. Un dels cent milions d'àtoms de la superfície d'aquesta partícula seria magnètic. En el cas de les nanopartícules, la meitat dels àtoms serien magnètics.
No obstant això, alguns grups de recerca que ho coneixien, com el científic Antonio Hernando, entrevistat en la revista al novembre de l'any passat, i el seu equip de l'Institut de Magnetisme Aplicat de Madrid. Però l'origen d'aquest sorprenent comportament era desconegut. Sovint aquest magnetisme s'associa a impureses. És a dir, es creu que les impureses solen ser les responsables d'aquest magnetisme de l'or. En aquesta ocasió, l'equip d'investigadors de la Facultat de Ciència i Tecnologia de la UPV i l'equip d'investigadors japonesos i australians han aconseguit conèixer l'origen del magnetisme de l'or.
Per a això han utilitzat tècniques complexes, tant a Austràlia com al Japó, que només analitzen l'element que es vol investigar. Són tècniques nuclears i basades en acelerantes de partícules.
D'Austràlia al Japó
D'una banda, han utilitzat la tècnica nuclear Mössbauer. La recerca de les propietats magnètiques dels materials és una de les aplicacions més comunes de l'espectroscopía Mössbauer. Només cinc o sis laboratoris en el món compten amb aquesta tècnica avançada, un a Austràlia, al qual van acudir investigadors de la UPV. "En la Facultat de Ciència i Tecnologia tenim l'espectròmetre Mössbauer, però està optimitzat per al ferro i dóna problemes en el cas de l'or", explica Saiz Garitaonandia.
Mössbauer és una tècnica d'alta definició. Les interaccions elèctriques i magnètiques en les quals intervenen els nuclis atòmics es denominen interaccions hiperfinas. En l'espectroscopía Mössbauer és molt fàcil observar aquestes interaccions. Molts dels compostos magnètics es poden obtenir d'aquests paràmetres hiperfinos.
En la tècnica nuclear de Mössbauer, la font radioactiva sol ser un altre element. "Primer activem la font radioactiva (en aquest cas platí 197) en un reactor nuclear de Sydney. Aquesta font radioactiva emet neutrons i el platí es converteix en or 197. Res més aconseguir-ho, havíem d'agafar l'avió i passar de Sydney a Melbourne. De fet, l'espectròmetre de Melbourne teníem preparat per a introduir la font radioactiva. Treballem contra el rellotge", explica Saiz Garitaonandia.
En aquest experiment es veu quants àtoms són magnètics i quants no. Cada àtom emet un senyal. Investigadors de la UPV-EHU van descobrir que només els àtoms que es troben en la superfície de la partícula són magnètics. És lògic. De fet, els àtoms de la superfície s'uneixen majoritàriament a molècules orgàniques, com els tioles.
D'altra banda, la tècnica basada en acceleradors de partícules es va dur a terme en el sincotrón japonès Spring 8. Actualment és el sincotrón més energètic del món, treballa a 8 GeV. En un sincotrón hi ha diverses línies de recerca. Cada línia treballa en un cert rang d'energia. Per tant, és necessari conèixer per endavant si l'experiment que cadascun desitja investigar pot dur-se a terme en algun d'aquests intervals energètics. "En el cas de l'or volíem estudiar la transició de l'electró 5d, i vam veure que això era possible al Japó; --ha subratllat la química Eider Goikolea - adaptem tota l'òptica i comencem a experimentar". Malgrat això, els investigadors de la UPV van observar que l'electró 5d de l'àtom d'or era magnètic.
Aquestes dues tècniques han demostrat per primera vegada, sens dubte, la presència de magnetisme en els àtoms d'or, encara que en qualsevol altra condició no siguin pròpiament magnètics. A més de l'or, aquest comportament s'ha trobat en nanopartícules de plata i coure de 2 nm.
L'aportació de tot aquest treball s'incorporarà a la tesi doctoral de la química Eider Goikolea Nuñez. Aquesta tesi està dirigida pels professors Jose Javier Saiz Garitaonandia i Maite Insausti Peña.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
