Nuevo hallazgo: revelan la estructura del enigmático óxido de aluminio usando microscopía avanzada

MadridCientíficos de la TU Wien y la Universidad de Viena han descrito detalladamente la estructura de la superficie del óxido de aluminio, un enigma que ha desconcertado a los investigadores durante muchos años. El óxido de aluminio (Al2O3) es un excelente aislante y tiene importancia en diversas áreas como componentes electrónicos y soportes catalíticos. Conocer su estructura superficial es crucial, ya que afecta la forma en que reacciona e interactúa químicamente.

Investigadores intentaron descubrir la disposición de los átomos en la superficie del óxido de aluminio. Mientras que los átomos dentro del cristal permanecen en un patrón fijo, los átomos en la superficie se organizan de manera diferente. Determinar esta disposición ha sido complicado porque el óxido de aluminio es un fuerte aislante. Para estudiar la superficie, los científicos emplearon la microscopia de fuerza atómica en modo no contacto (ncAFM). Este método consiste en:

• Una punta afilada montada en un diapasón de cuarzo
• Exploración de la superficie a una distancia muy cercana
• El cambio de frecuencia al interactuar la punta con los átomos de la superficie

Investigadores descubrieron una forma de identificar la posición de los átomos al incorporar un único átomo de oxígeno a su herramienta. Esto les permitió diferenciar entre átomos de oxígeno y aluminio al detectar las fuerzas de repulsión y atracción.

El descubrimiento es crucial porque demuestra que la superficie del material se modifica por sí sola. Los átomos de aluminio se desplazan hacia el interior del material para unirse con átomos de oxígeno situados más abajo. Esto reduce la energía y hace que la estructura sea más estable sin cambiar la proporción de aluminio a oxígeno. Este nuevo conocimiento podría llevar a avances en diversas áreas.

Los algoritmos avanzados de aprendizaje automático y los métodos tradicionales ayudaron a mejorar un modelo tridimensional de esta superficie compleja. Al considerar miles de posibles arreglos de los átomos subsuperficiales, los modelos computacionales probaron muchos escenarios hasta encontrar una estructura estable. La combinación de técnicas experimentales y modelización computacional ha sido esencial.

Los hallazgos van más allá del óxido de aluminio. Las técnicas y principios descubiertos podrían aplicarse a otros aislantes y materiales, lo que podría revolucionar campos como la catálisis y la ciencia de materiales. Comprender mejor las estructuras superficiales puede llevar a catalizadores más eficientes y aislantes cerámicos mejorados para tecnologías avanzadas.

Este descubrimiento no solo resuelve un antiguo problema científico, sino que también abre la puerta a más investigaciones y nuevas tecnologías. Las partes protegidas del experimento garantizan que este nuevo método se mantenga seguro para estudios futuros. Investigadores de todo el mundo pueden utilizar estos resultados para explorar nuevos materiales y métodos industriales, lo que posiblemente conduzca a grandes avances tecnológicos.