Os físicos da University of Bath descobriram como manipular e controlar moléculas individuais por um milionésimo de bilionésimo de segundo, depois de ficar intrigado com alguns resultados aparentemente estranhos.

Sua nova técnica é a maneira mais sensível de controlar uma reação química em algumas das menores escalas que os cientistas podem trabalhar - no nível de uma única molécula. Isso abrirá possibilidades de pesquisa nos campos da nanociência e nanofísica.

Um experimento no limite extremo da nanociência chamado "STM (microscópio de tunelamento de varredura) manipulação molecular" é freqüentemente usado para observar como moléculas individuais reagem quando excitadas pela adição de um único elétron.

Um químico tradicional pode usar um tubo de ensaio e um bico de Bunsen para gerar uma reação; aqui eles usaram um microscópio e sua corrente elétrica para conduzir a reação. A corrente é tão pequena que se parece mais com uma série de elétrons individuais atingindo a molécula alvo. Mas todo esse experimento é um processo passivo - uma vez que o elétron é adicionado à molécula, os pesquisadores apenas observam o que acontece.

Mas quando a Dra. Kristina Rusimova revisou seus dados do laboratório durante as férias, ela descobriu alguns resultados anômalos em um experimento padrão, que em uma investigação mais aprofundada não poderia ser explicada. Quando a corrente elétrica é aumentada, as reações sempre vão mais rápido, exceto aqui não.

Dr. Rusimova e colegas passaram meses pensando em possíveis explicações para desmascarar o efeito, e repetir os experimentos, mas finalmente percebi que haviam encontrado uma maneira de controlar os experimentos de uma única molécula em um grau sem precedentes, em uma nova pesquisa publicada em Ciência .

A equipe descobriu que, ao manter a ponta do microscópio extremamente perto da molécula que está sendo estudada, dentro de 600-800 trilionésimos de um metro, a duração de quanto tempo o elétron adere à molécula alvo pode ser reduzida em mais de duas ordens de magnitude, e assim a reação resultante, aqui levando as moléculas individuais de tolueno a decolar (dessorver) de uma superfície de silício, pode ser controlado.

A equipe acredita que isso ocorre porque a ponta e a molécula interagem para criar um novo estado quântico, que oferece um novo canal para o elétron saltar da molécula, portanto, reduzindo o tempo que o elétron passa na molécula e, portanto, reduzindo as chances de o elétron causar uma reação.

Em sua forma mais sensível, isso significa que o tempo da reação pode ser controlado para seu limite natural de 10 femtossegundos até apenas 0,1 femtossegundos.

Dr. Rusimova disse:"Esses eram dados de um experimento totalmente padrão que estávamos fazendo porque pensávamos que havíamos exaurido todas as coisas interessantes - esta foi apenas uma verificação final. Mas meus dados pareciam 'errados' - todos os gráficos deveriam funcionar para cima e o meu caiu. "

Dr. Peter Sloan, autor principal do estudo, acrescentou:"Se isto estiver correto, tínhamos um efeito completamente novo, mas sabíamos que, se pretendíamos algo tão impressionante, precisávamos fazer algum trabalho para ter certeza de que era real e não chegava a falsos positivos. "

"Eu sempre acho que nosso microscópio é um pouco como o Millennium Falcon, não muito elegante, mantidos juntos pelas pessoas que o dirigem, mas absolutamente fantástico no que faz. Entre Kristina e Ph.D. estudante Rebecca Purkiss, o nível de controle espacial que eles tinham sobre o microscópio foi a chave para desvendar essa nova física. "

O Dr. Sloan acrescentou:"O objetivo fundamental deste trabalho é desenvolver as ferramentas que nos permitem controlar a matéria neste limite extremo. Seja quebrando ligações químicas que a natureza realmente não quer que você quebre, ou produzir arquiteturas moleculares que são termodinamicamente proibidas. Nosso trabalho oferece uma nova rota para controlar moléculas individuais e sua reação. Essencialmente, temos um novo dial que podemos definir durante a execução de nosso experimento. A natureza extrema de trabalhar nessas escalas torna difícil de fazer, mas temos resolução e reprodutibilidade extremas com esta técnica. "

A equipe espera que sua nova técnica abra as portas para muitos novos experimentos e descobertas em nanoescala, graças às opções que oferece pela primeira vez.