Representación esquemática del movimiento de moléculas de agua en un aislante topológico. Crédito: Tamtögl.

A pesar de que recubre gran parte de nuestro planeta y es uno de los principales componentes de nuestro cuerpo, el agua aún es una sustancia misteriosa. Los ligeros átomos de hidrógeno y oxígeno son difíciles de observar por métodos experimentales convencionales, lo cual ha sido un impedimento importante para comprender el comportamiento de esta molécula.

Un equipo de investigadores del grupo de trabajo de Superficies Exóticas en el Instituto de Física Experimental de TU Graz trabajó con sus homólogos del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Universidad de Surrey y Aarhus para estudiar el comportamiento de las moléculas de agua usando un material aislante topológico llamado telururo de bismuto.

El agua se comporta diferente en el telururo de bismuto

Los investigadores combinaron cálculos teóricos con un nuevo método experimental llamado espectroscopía de espín-eco de helio el cual, como su nombre lo indica, utiliza átomos de helio de muy baja energía que permiten observar moléculas de agua aisladas sin que ello influya en su movimiento.

Anton Tamtögl (abajo a la izquierda) y colegas de investigación en el Instituto de Física Experimental de la Universidad Tecnológica de Graz. Crédito: IEP/TU Graz.

Durante los experimentos observaron que las moléculas de agua se comportan de manera completamente diferente en el telururo de bismuto en comparación con otros metales convencionales.

Los investigadores observaron que en estos metales, las interacciones de atracción entre las moléculas de agua que conducen a la formación de películas. Pero en los experimentos con aislantes topológicos, las moléculas de agua se repelen entre sí y permanecen aisladas en la superficie, un comportamiento totalmente opuesto al anterior.

Dicho esto, parece ser que el telururo de bismuto es impermeable al agua, lo cual es una característica muy interesante considerando que este compuesto está en la mira como material para construir computadoras cuánticas.

Por ahora, se ha informado que los próximos ensayos estarán enfocados en superficies estructuradas de manera similar, a fin de confirmar si el comportamiento de las moléculas de agua se debe a características específicas de la superficie en la que se estudia.

Referencia:

Nanoscopic diffusion of water on a topological insulator. https://www.nature.com/articles/s41467-019-14064-7