Los avances tecnológicos han permitido a la ciencia observar procesos que antes parecían inalcanzables. Un equipo de la Universidad de Manchester ha filmado, con resolución a nivel atómico, el movimiento de átomos de oro en disolventes orgánicos. Este logro, posible gracias a la creación de nano-acuarios de grafeno, abre vías para comprender la formación de materiales y mejorar tecnologías clave como baterías recargables y métodos de reciclaje.
El experimento captura el “baile” de los átomos —fenómeno invisible al ojo— empleando dispositivos que contienen volúmenes de líquido miles de millones de veces menores que una gota de lluvia.
Estos dispositivos sellan el disolvente y los metales entre dos láminas de grafeno monocapa, el único material capaz de contener líquidos frente al vacío requerido en la microscopía electrónica sin romperse. De este modo se superó el obstáculo técnico principal que, durante años, impidió observar moléculas en estado líquido: el vacío que evapora los líquidos en segundos.
A diferencia de las imágenes estáticas de la criomicroscopía, la microscopía electrónica de transmisión permite ahora registrar el comportamiento dinámico de átomos en un entorno líquido gracias a la delgadez e impermeabilidad del grafeno. Esa membrana ultrafina evita la evaporación y posibilita la observación en tiempo real de procesos químicos en su medio original.
El papel del disolvente en el movimiento atómico
Los investigadores de Manchester comprobaron que el entorno líquido condiciona el “ritmo” del movimiento atómico. Según un estudio publicado en Science, el desplazamiento y las interacciones entre átomos de oro dependen de la viscosidad y la composición química del disolvente, lo que guía si los átomos se agrupan o se separan y determina cómo se forman los sólidos.
El trabajo muestra que los átomos pueden encontrarse durante femtosegundos y luego integrarse a un cristal en formación o permanecer separados. Estas secuencias, fundamentales para la nanotecnología y la industria, indican que la evolución de la materia sólida está condicionada por el disolvente además de por el metal.
Para analizar los datos, el equipo dirigido por Sullivan-Allsop recopiló imágenes y vídeos de más de un millón de átomos de oro en movimiento, empleando algoritmos de inteligencia artificial que redujeron sesgos humanos y convirtieron las imágenes en datos cuantificables. También observaron que la estructura y orientación del cristal influyen de modo decisivo en las trayectorias atómicas, un hallazgo relevante para la síntesis de materiales con precisión.
De la observación al diseño: aplicaciones en energía y reciclaje
Observar el “baile” atómico en líquidos permite diseñar materiales desde su nivel más elemental. Tiene aplicación inmediata en el diseño de baterías de ion-litio, donde la química entre fases sólidas y líquidas determina la velocidad de carga y la vida útil. Controlar esas interacciones podría conducir a baterías que se recarguen en minutos y duren décadas.
Otro campo beneficiado es el reciclaje de residuos electrónicos. Según Science, entender en tiempo real cómo interactúan disolventes y metales posibilitará desarrollar líquidos selectivos capaces de extraer, por ejemplo, oro o cobre de placas de circuito con mayor eficiencia y menor impacto ambiental. Este control molecular favorece la “catálisis verde” y contribuye a prácticas alineadas con la economía circular.
Parte del diseño experimental empleó dosis mínimas de radiación para no alterar la química del sistema, garantizando que el comportamiento registrado de los átomos refleje las condiciones reales.
Con este avance, la microscopía atómica en líquidos se plantea nuevos desafíos, como registrar el comportamiento molecular en sistemas biológicos vivos —proteínas y células— sin recurrir a la congelación. Los científicos buscan ahora explorar la dinámica esencial de los átomos en su “vida privada”.
