Un equipo científico de la Universidad de Cantabria (UC), en colaboración con instituciones de Francia y el País Vasco, ha logrado resolver por qué las nanopartículas de oro con forma pentamaclada presentan diferentes estructuras cristalinas.
El hallazgo, publicado en la revista Nano Letters, explica por primera vez cómo se organizan los átomos en las llamadas nanopartículas pentamacladas de oro, un tipo especial de estructuras con gran potencial en el campo de la nanotecnología.
Esta investigación, coordinada desde el grupo de Altas Presiones y Espectroscopia de la UC, ha demostrado que no existe una única forma de orden atómico en estas diminutas partículas, ya que la estructura cristalina depende directamente de la geometría que adopta cada nanopartícula. Esto supone un importante avance en la caracterización de materiales a escala nanométrica y contribuye a sentar las bases para futuras aplicaciones tecnológicas.
Oro a escala nanométrica: como una pizza dividida en cinco porciones
Para explicar esta compleja realidad, la investigadora postdoctoral Camino Martín Sánchez, autora principal del estudio, recurre a una analogía muy visual: “Podemos imaginar una nanopartícula pentamaclada como una pizza dividida en cinco porciones que no encajan perfectamente y tienen que distorsionarse para formar el conjunto. Estas distorsiones afectan a cómo se ordenan los átomos en el interior de la nanopartícula, lo que conocemos como estructura cristalina», explica la científica, actualmente en la Universidad de Ginebra.
“Este orden atómico es fundamental porque determina las propiedades del material. El ejemplo más claro lo tenemos en el carbono: dependiendo de cómo se organicen sus átomos, puede dar lugar a grafito o a diamante, con propiedades totalmente distintas», añade.
Geometría y estructura: una conexión clave
El estudio revela que las nanopartículas más alargadas, como cilindros o bipirámides, presentan una estructura cristalina ortorrómbica, mientras que las de formas más compactas, como decaedros, adoptan una estructura tetragonal, menos distorsionada.
“Es la primera vez que se demuestra de forma clara cuál es la estructura cristalina de estas nanopartículas pentaclamadas y, sobre todo, se explica por qué cambia en función de la forma que tengan», señala la científica.
Para llegar a estas conclusiones, el equipo utilizó nanopartículas de oro altamente monodispersas en solución, lo que permitió estudiar partículas individuales libres de tensiones y obtener resultados fiables. Además, se desarrolló un modelo elástico que predice qué tipo de estructura cristalina aparece según la geometría de la partícula, validado mediante experimentos de difracción de rayos X en el sincrotrón SOLEIL (Francia), capaz de observar la materia con una precisión extrema.
Una colaboración internacional impulsada desde Cantabria
El trabajo ha sido fruto de una colaboración multidisciplinar entre la Universidad de Cantabria, el sincrotrón SOLEIL (Francia), el Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) y el CIC biomaGUNE. Se enmarca dentro del proyecto de investigación Margarita Salas, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, bajo la supervisión del catedrático Fernando Rodríguez (UC), centrado en estudiar las propiedades ópticas y estructurales de nanosistemas de oro.
Aunque se trata de investigación fundamental, los autores destacan su relevancia para el desarrollo futuro de aplicaciones en nanociencia. Comprender cómo se comportan los materiales a escala atómica es el primer paso para diseñar nuevos dispositivos electrónicos, sistemas de liberación de fármacos o catalizadores más eficientes.
“Antes de poder aplicar algo, necesitas comprenderlo. Este estudio proporciona una base muy sólida para entender mejor las propiedades del oro a escala nanométrica», concluye Martín Sánchez.
Referencia del artículo:
“Origin of the Rich Polymorphism of Gold in Penta-Twinned Nanoparticles» — Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c06473)