Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid y otros centros europeos han demostrado que es posible inducir y sintonizar fuerzas débiles de dispersión mediante campos de luz láser, que permiten activar la adhesión de partículas. Los resultados podrían facilitar el diseño de nuevos materiales nanoestructurados con propiedades físicas 'a la carta'.
Las fuerzas de Van der Waals son las suma de determinadas fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas –o sus partes–. Son responsables de multitud de fenómenos naturales como la adhesión o la tensión superficial y juegan un papel clave en el comportamiento de fluidos biológicos (proteínas, células sanguíneas), pinturas, tintas o productos alimenticios.
Ahora, un equipo de investigadores europeos ha demostrado que es posible inducir y controlar este tipo de fuerzas en la nanoescala utilizando campos láser aleatorios. Los resultados sugieren la posibilidad de controlar completamente las interacciones entre objetos pequeños en dos o tres dimensiones, lo cual podría facilitar el diseño de suspensiones coloidales y nuevos materiales nanoestructurados con propiedades físicas de libre elección.
El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Communications por científicos del Instituto de Física de la Materia Condensada (IFIMAC-UAM) de la Universidad Autónoma de Madrid, el Donostia International Physics Center (DIPC) y la Universidad de Friburgo.
El origen de las fuerzas de Van der Waals, conocidas a veces como fuerzas de dispersión, está relacionado con la presencia de campos electromagnéticos naturales que fluctúan de forma muy rápida.
En comparación con los enlaces químicos comunes, estas fluctuaciones inducen una interacción relativamente débil entre moléculas y objetos muy pequeños. Sin embargo, combinando las fuerzas de Van der Waals de millones de pequeños pelos para adherirse a una superficie, lagartijas, salamanquesas y arañas son capaces de trepar por paredes verticales completamente lisas sin utilizar ningún adhesivo.
Como el sol tras la niebla
Con la idea de imitar las fluctuaciones naturales (de origen térmico y cuántico), los investigadores generaron una nube de luz láser aleatoria con propiedades similares a la luz que se ve cuando el sol brilla a través de la niebla, aunque con una intensidad mucho mayor.
“En el experimento se introducen dos pequeñas cuentas de plástico en la nube de luz. La fuerza de interacción entre las partículas se puede medir con precisión mediante el estudio de la posición relativa de las dos partículas con un microscopio”, explica Juan José Sanz, del IFIMAC-UAM.
“Cuanto mayor sea la intensidad de la luz en la nube, mayor es la atracción entre estas. Al igual que en la naturaleza, la fuerza sólo depende de la distancia relativa entre las partículas, pero no de su posición real dentro de la nube. La fuerza y propiedades de las fuerzas presentes también pueden ser controlados por la selección apropiada de la intensidad y el color de la luz en la nube”, agrega el investigador.
Referencia bibliográfica:
MGeorges Brügger, Luis S. Froufe-Pérez, Frank Scheffold & Juan José Sáenz. Controlling dispersion forces between small particles with artificially created random light fields. Nature Communications. doi:10.1038/ncomms8460.
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