A reação química mais precisa do mundo criou uma molécula improvável

University of Exeter / Flickr

Efeito de um laser Argon a incidir numa amostra ultra-fina de grafeno

Uma equipa de cientistas conseguiu criar a reação química controlada mais precisa do mundo, ao unir apenas dois átomos de elementos que, normalmente, nunca se lembrariam de se juntar para formar uma molécula.

Os átomos dos dois elementos – sódio e césio – produziram uma nova molécula, com propriedades semelhantes às de uma liga. O método de criação poderá ter lançado uma nova forma de produzir o tipo de materiais que precisaremos em futuras aplicações tecnológicas.

Uma equipa investigadores da Universidade de Harvard usou “pinças” laser para manipular os átomos individuais dos dois metais alcalinos em estreita proximidade, e forneceu um fotão para os ajudar a criar uma ligação numa só molécula.

As reações químicas são geralmente processos de “tentativa e erro”, em que grandes números de átomos colocados juntos sob as condições certas põem à prova a sua compatibilidade. Depois, a probabilidade faz o resto.

Este método “estocástico” de provocar reações químicas funciona bem, se os átomos a combinar fizerem um “par” mais ou menos compatível. Mas quando os cientistas querem criar uma molécula mais exótica – como por exemplo juntar dois metais alcalinos – têm de ser criativos.

As moléculas têm habitualmente átomos com propriedades complementares – por exemplo átomos com eletrões a mais (carga elétrica negativa) e átomos que têm falta de eletrões (carga positiva).

O sódio (Na) e o césio (Cs) fazem parte do mesmo grupo da tabela periódica, o que significa que tendem a ter propriedades reativas muito semelhantes – pelo que tendem a nunca chocar um com o outro ou ligarem-se para formar uma molécula.

O que, na verdade, é uma pena. As propriedades elétricas polarizadas de uma molécula de NaCs torná-la-iam muito útil para armazenar qubits, estados de sobreposição quântica usados nos novos computadores quânticos. Além disso, o NaCs também interage facilmente com outros componentes.

E uma molécula que combina a capacidade de armazenamento de qubit com a facilidade de interação é algo de que necessitamos, desesperadamente, na tecnologia do futuro.

“As possibilidades que esta molécula abre no processamento de informação quântica é uma das coisas que mais nos entusiasmam”, explica Kang-Kuen Ni, autor principal do estudo, publicado na quinta-feira na revista Science, .

É preciso notar que improvável não é sinónimo de impossível: apesar de em teoria os átomos de Na e Cs se repelirem, se dois átomos forem forçados a uma distância suficientemente pequena, com a quantidade certa de energia, pode ser formada uma ligação.

Para alcançar este “mix” perfeito de energia e timing, os investigadores posicionaram átomos individuais em armadilhas magneto-ópticas sobrepostas e forneceram-lhes fotões para os arrefecer a uma fração de um grau acima do absoluto zero.

Os cientistas usaram um conjunto de lasers sintonizados para criar um efeito elétrico, o que fez com que cada átomo se movesse para o foco do laser, como se fossem puxados por feixes de tração semelhantes aos usados nos filmes de ficção científica.

Quando suficientemente próximos, os dois átomos podem facilmente colidir – o que continua no entanto a não garantir necessariamente que criem um ligação, dada a necessidade de conservar o momento certo e os níveis de energia.

O processo é um malabarismo de condições, que os investigadores conseguiram ultrapassar usando os impulsos de laser corretos.

O resultado final foi um breve “piscar” de uma ligação entre dois átomos que partilham o mesmo estado quântico. O próximo passo, diz Kang-Kuen Ni, é criar moléculas mais complexas e com um tempo de vida maior, que possam ser usadas como base para os pequenos componentes quânticos que a próxima geração de computadores precisa.

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