Quiralidad: el futuro de la electrónica es QUIRAL
Invitados: Dra. Solmar Varela, Dr. Miguel Martin, Dr. Rafael Martin,
Moderador: CEO Serofca. MsC. Omar Arias
En nuestro espacio aprendiendo + tendremos la oportunidad de conversar con la Dra. Solmar Varela y los Drs. Miguel Martin y Rafael Martín sobre Quiralidad: el futuro de la electrónica es QUIRAL
La Dra. Solamar Varela comienza expresando: “la quiralidad es una propiedad que tienen ciertos sistemas, en la cual no podemos superponer dos imágenes una con su imagen especular, es una propiedad que en principio tienen todas las moléculas orgánicas o muchas de las moléculas orgánicas, ellas determinan la vida, los aminoácidos, proteínas, suelen ser de tipo quiral y es curioso que entonces la vida pareciera estar determinada con algunas de las dos modalidades que pudiésemos tener nosotros que llamamos dextrógira o levógira, si nos vamos al ámbito biológico la vida está determinada por moléculas que son de tipo dextrógira, si hablamos por ejemplo del ADN la molécula principal de la vida, sabemos que la molécula de AND tiene una cadena helicoidal, tiene un giro preferencial que determina la vida y eso es a lo que nos referimos como quiral, en este contexto nosotros trabajamos con moléculas quirales, moléculas orgánicas que tienen esa propiedad. Se ha descubierto que a nivel microscópico estas moléculas tienen algunas propiedades que las hacen interesantes en el ámbito de la electrónica, estas moléculas tienen la propiedad de transportar el spin electrónico preferencialmente en una dirección versus otra y eso es lo interesante, esta propiedad se descubrió al menos hace unos 20 años. estos resultados son curiosos porque las moléculas orgánicas están compuestas de átomos livianos, carbono nitrógeno y quizás oxígeno, pero básicamente carbono que son átomos livianos, ellos tienen muy poca interacción magnética y por lo tanto no se esperaría que interactúe con el spin electrónico pero eso no es lo que ocurre, hay toda un área que se vino creando alrededor que generó lo que se consolida como la espintrónica orgánica molecular.”
Continúa la Dra. Varela: “se están explorando las propiedades topológica de estas moléculas en el área de la ciencia de materiales, ahora que conocemos esta propiedad de transporte estamos viendo cómo podemos usarla, como podemos conectar con lo que ya conocemos y es parte de lo que estamos intentando hacer, yo estoy trabajando en el modelado teórico de estos sistemas porque efectivamente hay muchas cosas que no se conocen todavía, esto es un poco divertido porque siento que estoy en esta parte de la ciencia en la que parece un juguete y nadie sabe exactamente qué es lo que está ocurriendo, decimos algo hoy y mañana ya no es, entonces estamos desde lo más básico, es un fenómeno muy reciente, espero que podamos entenderlo y controlarlo, esto puede cambiar toda la electrónica que conocemos.”
Con relación a una pregunta del Dr Miguel Martin, añade la Dra. Varela: “a nivel de biología es interesante que la vida está determinada por una quiralidad pero eso no significa que no tengamos moléculas de la otra quiralidad, de hecho en farmacias en ciertas reacciones químicas se generan estructural levógiras y dextrógiras de una misma molécula, pero luego viene después un proceso de separación, porque si vamos a hacer un medicamento tiene que tener la misma quiralidad que a nosotros nos benefician, entonces en cierto que podemos tener las dos quiralidades, ahora un punto importante que mencionó es porque la vida está determinada por una quiralidad y no por la otra, esto es uno de los puntos que toca en esta área porque
puede ser como los experimentos muestran qué hay una preferencia del transporte de una de las quiralidades, quizás eso esté relacionado con la preferencia también en la determinación de la vida de una sola de las quiralidades y eso es un tópico completamente abierto, ver si podemos lograr entender cuál es el origen de ese fenómeno, que es la biología cuántica realmente.”
Continúa la Dra. Varela: “a nivel de electrónica no importa cuál de las dos quiralidades tengamos, si podemos aprovecharnos las dos quiralidades y ahora que menciona lo del ADN sintético es justamente interesante porque si logramos entender cómo es que estas moléculas junto con su estructura nos permite tener estás polarizaciones de spin entonces podemos jugar con crear estas moléculas sintéticas con una quiralidad que haga exactamente lo que nosotros queremos y combinarlas con la otra quiralidad para tener los dispositivos y eso hoy hay gente que lo está haciendo, incluso ya hay memoria donde se han incluido estas moléculas, lo que pasa es que todavía hay mucho que no entendemos.”
Ante una pregunta del Dr. Rafael Martin la Dra. Varela expresa: “hay gente que dice que el efecto no existe, como sí que digamos que cuando nosotros medimos el efecto si tenemos que agarrar la molécula colocarles un dispositivo en un entorno que pudiese estar afectando la respuesta, hay muchos grupos que incluso han llegado a mencionar que el efecto es más de contacto de electrodos con la molécula que de la molécula en sí misma, la pregunta más importante que resolver aquí es cuál es el origen de la molécula y que quede claro que es un efecto asociado a una molécula más que al entorno donde se encuentra, si entendemos el origen el resto de las preguntas pudieran tener respuestas, hay muchas preguntas relacionadas con cual es la magnitud de la interacción spin órbita, la cual es muy alta, o hay otro mecanismo, estamos en la investigación más básica.”
Hay experimentos donde se ha usado el Heliceno donde se obtienen los mismos resultados que para el ADN en cuanto a polarización de spin, quiralidad y el efecto de longitud, se observa que hay una correspondencia con el ADN. Se han realizado trabajos de modelado teórico donde lo que realmente es importante para el transporte de spin polarizado es la estructura externa de la hélice. Este efecto se ha observado en aminoácidos, lisina, proteínas y oligopeptidos.
Otra cosa interesante es que el efecto se puede inducir en otras estructuras donde inicialmente no se observa, por ejemplo en grafeno, en este efecto hay una fuerte interacción spin órbita y en el grafeno prácticamente no existe interacciones spin orbita, pero si modificamos la estructura, haciendo deformaciones locales por ejemplo sacar un átomo de carbono de la estructura hexagonal, entonces comienzan a aparecer la interacción spin órbita, hay un solapamiento orbital que genera la interacción spin órbita que se maximiza si la estructura es helicoidal, por ejemplo en nanotubos de carbono.
La Dra. Varela explica que este efecto se puede ver a nivel macroscópico a través de la respuesta que pueden tener estos sistemas, como por ejemplo en almacenamiento de memoria, en dispositivos que puedan diseñarse con estas moléculas que pueden tener una corriente de spin polarizado que puede ser medida.
Añade que los modelos teóricos están alentando propuestas de experimentos para demostrar las predicciones teóricas, hay grupos colaborando conjuntamente con el grupo de investigación al cual pertenece la Dra. Varela en este tema desde Ecuador, Alemania, Estados Unidos, España y Francia desde el punto de vista teórico y experimental.
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