Por primera vez, logran grabar el “baile” de los átomos en líquidos: qué implica para la ciencia

Los avances tecnológicos han permitido a la ciencia observar procesos antes considerados inalcanzables. En un experimento sin precedentes, un equipo de la Universidad de Manchester ha conseguido filmar, con resolución atómica, el movimiento de átomos de oro dentro de disolventes orgánicos. Esta hazaña, lograda gracias a la creación de nano-acuarios fabricados con grafeno, abre nuevas posibilidades para entender cómo se forman los materiales y optimizar tecnologías esenciales como baterías recargables y métodos de reciclaje.

El desarrollo implica filmar directamente el “baile” de los átomos—a nivel invisible para el ojo humano—mediante la utilización de dispositivos que contienen volúmenes líquidos mil millones de veces menores que una gota de lluvia.

Estos dispositivos encapsulan el disolvente y los metales entre dos láminas de grafeno monocapa, el único material que puede retener líquidos frente al vacío de la microscopía electrónica sin romperse. Así fue posible superar el principal obstáculo técnico que, durante años, impidió registrar moléculas vivas bajo el microscopio: el vacío que evapora cualquier líquido en segundos.

A diferencia de la imagen estática convencional obtenida por criomicroscopía, la microscopía electrónica de transmisión permite ahora registrar el comportamiento dinámico de los átomos en un entorno líquido, gracias a la impermeabilidad y delgadez del grafeno. Esta membrana actúa como una barrera ultrafina—impidiendo la evaporación—y permite observar procesos químicos en tiempo real dentro de su entorno original.

El papel del disolvente en el movimiento atómico

Investigadores de Manchester identificaron que el entorno líquido dicta el “ritmo” del movimiento atómico. Según un estudio publicado en Science, el desplazamiento y las interacciones entre átomos de oro varían en función de la viscosidad y composición química del disolvente, guiando cómo se agrupan o separan los átomos y determinando la formación de materiales sólidos.

La investigación describe que los átomos pueden encontrarse, rodearse durante femtosegundos y decidir si se integran en un cristal naciente o permanecen aislados. Estas secuencias—fundamentales para la nanotecnología y la industria—demuestran que la evolución de la materia sólida está condicionada por el disolvente y no solo por los metales.

Para procesar los datos, el equipo encabezado por Sullivan-Allsop recolectó imágenes y videos de más de un millón de átomos de oro en movimiento, utilizando algoritmos de inteligencia artificial que eliminaron sesgos humanos y tradujeron las imágenes en información cuantificable. Se evidenció también que la estructura y orientación del cristal influyen decisivamente en las rutas atómicas, un hallazgo relevante para la síntesis de materiales de precisión.

De la observación al diseño: aplicaciones en energía y reciclaje

La posibilidad de observar el “baile” atómico en líquidos abre el camino para diseñar materiales desde su nivel más básico. Resulta una utilidad inmediata en el diseño de baterías de ion-litio, donde la química entre sólido y líquido determina la velocidad de carga y la longevidad de los dispositivos. Manejar estas interacciones podría permitir, por ejemplo, baterías que se recarguen en minutos y funcionen durante décadas.

Otro aporte destacado es el perfeccionamiento del reciclaje de residuos electrónicos. Según Science, el conocimiento en tiempo real de cómo interactúan disolventes y metales permitirá el desarrollo de líquidos selectivos que extraen, por ejemplo, oro o cobre de placas de circuito con alta eficiencia y menor impacto ambiental. El control en la selección molecular favorece la consolidación de una “catálisis verde” y fomenta prácticas orientadas a la economía circular.

Parte del trabajo experimental del grupo de Manchester se diseñó con dosis mínimas de radiación para evitar alterar la química real del sistema. Así se garantiza que el comportamiento captado de los átomos refleja fielmente las condiciones originales.

Con este avance la microscopía atómica en líquidos apunta a futuros desafíos según los expertos: registrar el comportamiento molecular en sistemas biológicos vivos, como proteínas y células, sin la necesidad de congelación. Los científicos ahora buscan penetrar en la “vida privada” de los átomos y su dinámica esencial.