En una pista sinuosa sobre la superficie de un cristal dorado, cada piloto conduce una sola molécula durante las 36 horas. Son las nanocarreras o, dicho de otra forma, carreras de coches molécula que se desarrollan con potentes microscopios dirigidos por investigadores de todo el mundo.

En 2017 se celebró la primera Nanocar Race en Toulouse y en 2021 será la segunda edición en la ciudad francesa. Un equipo formado por investigadores del Centro de Física de Materiales (CFM), centro mixto de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Donostia International Physics Center (DIPM) participará en la Nanocar Race II.

el equipo donostiarra Aunque competirán en nombre de Donostia y están realizando todos los preparativos en el CFM, se puede considerar un equipo internacional. De todos los participantes del equipo guipuzcoano, el que viajará a Touluse para competir es Tao Wang, de nacionalidad china. Desde Donostia controlarán la situación el madrileño Dimas García de Oteiza, investigador de Ikerbasque en el DIPC, y la italiana Martina Corso, investigadora del CSIC en el CFM. Además, el equipo cuenta con una serie de químicos de Santiago de Compostela.

En este momento, el equipo trata de conseguir moléculas que sobre la superficie formen las estructuras que ellos deseen. “En la primera carrera el trabajo de la creación de cada coche lo hicieron los químicos. Después, los participantes lo depositaban en la superficie y, con instrumentos que se utilizan en física, se realizaba el trabajo de moverlos”, explica García de Oteiza. “Nosotros, en concreto, este año queremos intentar sintetizar el coche directamente en la superficie. Es decir, que el químico nos pase unas moléculas pero que luego esas moléculas en la superficie cambien, reaccionen y formen la estructura que queremos conducir”, añade.

La superficie que utilizan es un cristal de oro que les ayuda a hacer simulacros de la carrera. “Tiene un estilo de zigzag, se reconstruye por sí misma y eso nos da una especie de patrón de por dónde la molécula podría moverse durante la carrera. Parece que la molécula no va a ir simplemente recta, sino que tiene que tener curvas, y la superficie te da la posibilidad de tener ese tipo de carretera”, precisa Corso. La idea es sintetizar primero el bloque principal de la molécula y después funcionalizarlo con algunos grupos químicos para poder darle una direccionalidad.

microscopio de efecto túnel Para conducir los conocidos como nanocoches se utiliza el microscopio de efecto túnel, una técnica experimental que se conoce desde los años 80 y fue Premio Nobel de Física en 1986. “El microscopio da la posibilidad de visualizar superficies que antes no era posible. Permite hacer muchísimos estudios que se hacen en superficies -estudiar cuál es la estructura, las reacciones químicas y cualquier cosa que ocurre en las superficies- y esto te da la posibilidad de verlo en imágenes. Es una herramienta muy valiosa”, recalca Corso.

El microscopio tiene una punta metálica y mediante la física cuántica puede pasar una corriente muy pequeña de electrones entre la superficie y la punta. Manteniendo una corriente constante, la punta se mueve sobre la superficie para inyectar electrones en la molécula. Los electrones hacen el papel de la gasolina de los nanocoches y, al inyectarlos, la molécula vibra y se mueve. “Nosotros no podemos modificar ni manipular nuestra molécula. Podemos excitarla de alguna manera para que se mueva en alguna dirección”, precisa Corso.

Según García de Oteiza, los nanocoches se pueden comparar con los coches teledirigidos. “El otro día, hablando con un amigo, llegamos a la conclusión de que es como un coche teledirigido de los antiguos. En este caso, con la punta del microscopio vas siguiendo al coche y le vas pasando la corriente, y llegamos a la conclusión de que es un símil más o menos apropiado para esto”, indica.

las carreras Los coches molécula se mueven muy lento y las carreras suelen ser muy largas. Un representante de cada equipo tiene que viajar a Toulouse y cada uno de ellos se conecta remotamente al ordenador de su laboratorio, es decir, la carrera se corre en sitios diferentes. “Tao Wang controlará nuestro coche en Toulouse, pero por Internet. Nosotros nos quedaremos en el laboratorio por si surge algún problema. La idea es tener a todos los conductores juntos para hacer de esto una experiencia comunitaria”, explica el investigador de Ikerbasque del DIPC.

Roberto Robles, investigador del CFM, señala que con la imágenes tomadas por los microscopios poco a poco se crean películas “como de dibujos animados”. “Cada cierto tiempo se hace una imagen y se ve dónde está la molécula. Al cabo de unos minutos, se hace otra imagen y ves que la molécula se ha movido un poco. Todo eso se pone junto y es como una película de dibujos animados. Lo mismo que utilizas para hacer la imagen, lo utilizas también para mover la molécula. Por eso, cuando se está moviendo no se puede hacer la imagen, hay que hacer o una cosa o la otra”, indica Robles.

futuros proyectos Según los investigadores, la carrera de Toulouse es muy importante para poder seguir avanzando en la ciencia. “Tardamos tanto tiempo en sintetizar estas moléculas porque no sabemos cómo se hace. Es lo mismo que cuando alguien tiene un coche de Fórmula Uno y hace una carrera de coches de ese tipo. Intenta que el vehículo vaya más rápido y para eso inventa nuevas tecnologías que luego se pueden aplicar en los coches normales”, explica Robles.

Los investigadores confían en que, en un futuro, sintetizar nuevas moléculas sobre las superficies pueda tener alguna aplicación. Más que una carrera, se trata de un proceso de investigación.