Nos imáns pequenos os máis pequenos, os de ouro
2008/12/01 Kortabitarte Egiguren, Irati - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Conseguiron converter un elemento non magnético en magnético. Con todo, o descubrimento vai máis aló da conversión de elementos non magnéticos en magnéticos. De feito, atopáronse estas características magnéticas cando son menores que as partículas máis pequenas dos elementos magnéticos tradicionais. De feito, pódese dicir que son os imáns máis pequenos que se conseguiron. Doutra banda, normalmente estas características danse a baixas temperaturas. Neste caso, tamén observaron que se producen a temperaturas moi superiores á ambiente.
Este traballo abre as portas a novas aplicacións. Estas partículas magnéticas pódense utilizar tanto en memorias magnéticas como en medicamento. En medicamento terían dúas aplicacións principais: por unha banda, utilizaríanse como impulsores de contrastes en resonancias magnéticas e, por outro, como transportadores de medicamentos cara a determinados puntos como os tumores. É dicir, os medicamentos só se destinarían a células cancerígenas, sen causar ningún dano ás células sas. De feito, os tratamentos actuais son moi agresivos paira o organismo.
Pequeno é 'diferente'
Dise que o pequeno é 'diferente', e no caso do ouro ocorre o mesmo. É dicir, non basta con observar o comportamento dos sistemas físicos a grandes escalas paira predicir o que pode ocorrer en niveis de poucos átomos. "A diminución do tamaño dos elementos alteran notablemente as súas características magnéticas. As características magnéticas dependen da estrutura electrónica do material e os cambios prodúcense a medida que nos achegamos á escala nanométrica", explica José Javier Saiz Garitaonandia, físico da Facultade de Ciencia e Tecnoloxía da UPV.
Investigadores da UPV-EHU e internacionais descubriron que as nanopartículas de ouro son magnéticas a temperatura ambiente e rodeadas de moléculas orgánicas. Por exemplo, ao rodearse de tiol (moléculas de carbono, hidróxeno e xofre), as nanopartículas de ouro convértense en ferromagnéticas, aínda que os tioles son diamagnéticos como os átomos de ouro.
Cando as nanopartículas de ouro rodéanse de tiol, os átomos de xofre e de ouro forman un enlace covalente. Neste sólido enlace prodúcese una pequena transferencia de carga do átomo de ouro ao de xofre, polo que a última capa electrónica do átomo de ouro non aparece chea. Isto provoca un pequeno momento magnético cada vez que un átomo de ouro únese a un átomo de xofre.
Una partícula de ouro de radio dun centímetro rodéase de tiol. Un dos cen millóns de átomos da superficie desta partícula sería magnético. No caso das nanopartículas, a metade dos átomos serían magnéticos.
Con todo, algúns grupos de investigación que o coñecían, como o científico Antonio Hernando, entrevistado na revista en novembro do ano pasado, e o seu equipo do Instituto de Magnetismo Aplicado de Madrid. Pero a orixe deste sorprendente comportamento era descoñecido. A miúdo este magnetismo asóciase a impurezas. É dicir, crese que as impurezas adoitan ser as responsables deste magnetismo do ouro. Nesta ocasión, o equipo de investigadores da Facultade de Ciencia e Tecnoloxía da UPV e o equipo de investigadores xaponeses e australianos conseguiron coñecer a orixe do magnetismo do ouro.
Paira iso utilizaron técnicas complexas, tanto en Australia como en Xapón, que só analizan o elemento que se quere investigar. Son técnicas nucleares e baseadas en acelerantes de partículas.
De Australia a Xapón
Por unha banda, utilizaron a técnica nuclear Mössbauer. A investigación das propiedades magnéticas dos materiais é una das aplicacións máis comúns da espectroscopía Mössbauer. Só cinco ou seis laboratorios no mundo contan con esta técnica avanzada, un en Australia, ao que acudiron investigadores da UPV. "Na Facultade de Ciencia e Tecnoloxía temos o espectrómetro Mössbauer, pero está optimizado paira o ferro e dá problemas no caso do ouro", explica Saiz Garitaonandia.
Mössbauer é una técnica de alta definición. As interaccións eléctricas e magnéticas nas que interveñen os núcleos atómicos denomínanse interaccións hiperfinas. Na espectroscopía Mössbauer é moi fácil observar estas interaccións. Moitos dos compostos magnéticos pódense obter destes parámetros hiperfinos.
Na técnica nuclear de Mössbauer, a fonte radioactiva adoita ser outro elemento. "Primeiro activamos a fonte radioactiva (en leste caso platino 197) nun reactor nuclear de Sydney. Esta fonte radioactiva emite neutróns e o platino convértese en ouro 197. Nada máis conseguilo, tiñamos que coller o avión e pasar de Sydney a Melbourne. De feito, o espectrómetro de Melbourne tiñamos preparado paira introducir a fonte radioactiva. Traballamos contra o reloxo", explica Saiz Garitaonandia.
Neste experimento vese cantos átomos son magnéticos e cantos non. Cada átomo emite una sinal. Investigadores da UPV-EHU descubriron que só os átomos que se atopan na superficie da partícula son magnéticos. É lóxico. De feito, os átomos da superficie únense maioritariamente a moléculas orgánicas, como os tioles.
Doutra banda, a técnica baseada en aceleradores de partículas levou a cabo no sincotrón xaponés Spring 8. Actualmente é o sincotrón máis enerxético do mundo, traballa a 8 GeV. Nun sincotrón hai varias liñas de investigación. Cada liña traballa nun certo rango de enerxía. Por tanto, é necesario coñecer de antemán si o experimento que cada un desexa investigar pode levar a cabo nalgún destes intervalos enerxéticos. "No caso do ouro queriamos estudar a transición do electrón 5d, e vimos que iso era posible en Xapón; --subliñou a química Eider Goikolea - adaptamos toda a óptica e comezamos a experimentar". A pesar diso, os investigadores da UPV observaron que o electrón 5d do átomo de ouro era magnético.
Estas dúas técnicas demostraron por primeira vez, sen dúbida, a presenza de magnetismo nos átomos de ouro, aínda que en calquera outra condición non sexan propiamente magnéticos. Ademais do ouro, este comportamento atopouse en nanopartículas de prata e cobre de 2 nm.
A achega de todo este traballo incorporarase á tese doutoral da química Eider Goikolea Nuñez. Esta tese está dirixida polos profesores Jose Javier Saiz Garitaonandia e Maite Insausti Pena.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
