Un tipo de nudo de nueve cruces [AnonMoos].
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Materiales exóticos
En las últimas décadas, la ciencia de materiales ha vivido una inusitada revolución debido, en buena parte, a la aplicación de áreas como la geometría y la topología al estudio de las fases cuánticas de la materia: un fructífero enfoque que en 2016 fue reconocido con la concesión del premio Nobel de física a David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane y J. Michael Kosterlitz. En este monográfico digital (en PDF) podrás encontrar una selección de artículos que te ayudarán a entender la belleza de los conceptos físicos y matemáticos que, más allá de sus fascinantes aplicaciones, explican las propiedades de algunos nuevos materiales, como los aislantes y superconductores topológicos, los líquidos de espín, el grafeno o los aislantes de Mott.
El nudo molecular más complejo que se haya elaborado está formado por 324 átomos. Sus creadores son David Leigh, de la Universidad de Manchester, y sus colaboradores. Como explican en Nature Chemistry, generan primero una hebras, que por sí mismas se cruzan nueve veces conforme a un plan prefijado. Lo lograron utilizando como armazón seis átomos de hierro, que hacían que las hebras se orientasen correctamente.
Con estas estructuras, los investigadores desarrollan métodos para la formación de nanoestructuras cada vez más grandes y complejas. El objetivo consiste en dirigir con precisión la formación de las estructuras de materiales futuros, de modo que se creen materiales con propiedades hoy inauditas. Hasta en la naturaleza desempeñan los nudos moleculares, presumiblemente, un papel, por ejemplo en el ARN y el ADN.
Para anudar su singular estructura, el grupo de Leigh construyó una molecula precursora, en la que seis de las hebras se ordenaban de modo prefijado en torno a los seis átomos de hierro. En el siguiente paso, las reacciones químicas anudaron los doce cabos sueltos conforme a su prevista disposición espacial. Así, solo quedaba una hebrea, pero anudada. A partir de ahí crearon una estructura mayor, con tres anillos que se tragan y retuercen entre sí.
La teoría de nudos pertenece a la topología, una disciplina matemática que se ocupa de las relaciones espaciales entre objetos espaciales. Así, los nudos moleculares exhiben una asombrosa relación entre la química orgánica, una disciplina muy bien asentada, y un campo de la física tan exótico como excitante. Desde hace unos años, los especialistas en estado sólido investigan los materiales topológicos, en lo que no es ya la estructura atómica la que se atiene a reglas espaciales, sino el comportamiento de los electrones.
Lars Fischer / spektrum.de
Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.
Referencia: «Stereoselective synthesis of a composite knot with nine crossings», de Liang Zhang et al. en Nature Chemistry 2018.
