Los científicos de la Universidad de Estocolmo han descubierto que el agua puede exhibir un comportamiento similar al de un cristal líquido cuando se ilumina con luz láser. Este efecto se origina por la alineación de las moléculas de agua, que exhiben una mezcla de dominios de baja y alta densidad que son máso menos propenso a la alineación. Los resultados, informados en Cartas de revisión física el 11 de agosto de 2020, se basan en una combinación de estudios experimentales que utilizan láseres de rayos X y simulaciones moleculares.
Los cristales líquidos se consideraban una mera curiosidad científica cuando se descubrieron por primera vez en 1888. Más de 100 años después, son una de las tecnologías más utilizadas, presente en las pantallas digitales LCD de relojes, televisores y pantallas de computadora. Cristales líquidosfuncionan aplicando un campo eléctrico, que hace que las moléculas vecinas de un líquido se alineen, de una manera que se asemeja a un cristal. El agua también puede distorsionarse hacia un cristal líquido, cuando se ilumina con luz láser. Se sabe que el campo eléctrico delEl láser puede alinear las moléculas de agua en menos de una milmillonésima de segundo. ¿Puede este descubrimiento tener aplicaciones tecnológicas futuras?
Un equipo internacional de investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Estocolmo llevó a cabo experimentos en el láser de electrones libres de rayos X de Japón SACLA y sondeó por primera vez la dinámica de moléculas de orientación transitoria utilizando pulsos de rayos X. Esta técnica se basa enalineando las moléculas con un pulso láser con longitud de onda λ = 800nm y sondeando la alineación con pulsos de rayos X, que permiten ver en tiempo real los cambios en la estructura a nivel molecular. Variando el tiempo entre el láser y elPulsos de rayos X, los investigadores pudieron resolver el estado alineado, que vive solo durante 160 fs.
"Se sabe que las moléculas de agua están alineadas debido a la polarización del pulso láser", explica Kyung Hwan Kim, ex investigador de la Universidad de Estocolmo y actualmente profesor asistente en la Universidad POSTECH en Corea, "sin embargo, es una capacidad únicacapaz de utilizar láseres de rayos X para ver la alineación molecular en tiempo real ".
"Los rayos X son perfectos para sondear moléculas porque su longitud de onda coincide con las escalas de longitud molecular", dice el Dr. Alexander Späh, ex estudiante de doctorado en Física en la Universidad de Estocolmo y actualmente postdoctorado en la Universidad de Stanford. "Realmente disfruto tener la oportunidadutilizar instalaciones de rayos X de última generación para investigar cuestiones fundamentales que podrían tener futuras aplicaciones tecnológicas ".
Los experimentos fueron bien reproducidos mediante simulaciones moleculares, que dieron una idea del mecanismo de alineación subyacente. Suponiendo que el agua se comporta como un líquido de dos estados, que consta de dominios de líquido de alta y baja densidad HDL y LDL, lalos investigadores descubrieron que cada dominio muestra una tendencia diferente a alinearse.
"Las moléculas de agua en las regiones de LDL tienen una red de enlaces de hidrógeno más fuerte, lo que hace que las moléculas respondan más fácilmente al fuerte campo láser", explica Anders Nilsson, profesor de Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Sería fascinante medir la vida útil deel alineamiento molecular en el régimen sobreenfriado, donde se espera que todo disminuya drásticamente ".
"Ser capaz de comprender el agua a nivel molecular observando los cambios de la red de enlaces de hidrógeno puede desempeñar un papel importante en la actividad biológica", dice Fivos Perakis, profesor asistente de Física en la Universidad de Estocolmo. "Tengo curiosidad por versi la alineación observada puede conducir a aplicaciones tecnológicas en el futuro, por ejemplo, en relación con la limpieza y desalinización del agua. "
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Materiales proporcionado por Universidad de Estocolmo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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