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‘Paparazzi’ de los átomos

El Centro de Física de Materiales de Donostia estudia las propiedades de las moléculas. Su último logro, la lente más pequeña del mundo junto a la Universidad de Cambridge, ha llamado la atención de la revista científica ‘Science’

Un reportaje de Aner Gondra - Domingo, 15 de Enero de 2017 - Actualizado a las 06:11h

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Un científico del Centro de Física de Materiales manipula un instrumento para observar las moléculas.

Un científico del Centro de Física de Materiales manipula un instrumento para observar las moléculas. (Foto: Iker Azurmendi)

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  • Un científico del Centro de Física de Materiales manipula un instrumento para observar las moléculas.

Buscan una molécula y la observan. La someten a calor. A frío. La intentan romper... y a veces lo consiguen. Comprueban cómo se comporta con electricidad y con campos magnéticos. La aíslan e iluminan. Y todo lo miden y lo documentan. Es más, si no consiguen ver lo que buscan, hacen todos los cálculos matemáticos y teóricos necesarios para demostrarlo. Si es usted un átomo, no encontrará mayor martirio que cayendo en manos del Centro de Física de Materiales de Donostia (CFM), un lugar donde más de un centenar de científicos pierden el alma por desentrañar todos sus secretos y características. Su curiosidad es tal que han tenido que hacerse con instrumental especializado para analizar el mundo más minúsculo, la nanorealidad. Si usted esconde un secreto entre sus electrones, puede dar por segura una cosa: ellos lo encontrarán. Todo queda a la vista para los paparazzi de los átomos.

“Nosotros lo que hacemos es estudiar las propiedades de la materia”, explica el director del CFM, Javier Aizpurua, “propiedades estructurales, cómo está hecha la materia, cuánto de dura es, cuánto de frágil, cómo conduce la electricidad, cómo conduce el calor, cómo se comporta frente a campos magnéticos y frente a la luz. Pero en vez de observarlas de manera macroscópica, cogiendo un pedazo de material y a ver qué pasa, nosotros nos vamos a la estructura del material, a la nanoescala. Mil veces más pequeño que el grosor de un pelo”.

En el mundo hay pocos equipos científicos tan especializados en esta área. En Donostia, además, son especialistas en realizar cálculos teóricos: “Sabiendo cómo son los átomos, cómo se disponen, hacemos unas simulaciones de cálculos, que se llaman atomísticos. Poniendo y disponiendo los átomos somos capaces de predecir el comportamiento de la materia en base a esos cálculos que son muy sofisticados”.

la visión de echeniqueEl CFM se fundó en 1999 como consecuencia de un acuerdo entre la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). De la mano del Donostia International Physics Center (DIPC) detectaron que en la capital guipuzcoana, en el campus Ibaeta, había un potencial que podía ser complementado desde el CSIC inyectando personal de investigación en materiales de vanguardia y excelencia. En su creación pesó mucho la visión de Pedro Miguel Echenique, su primer director. “En 16 años hemos llegado a un centro mixto muy equilibrado con una plantilla de 36 científicos permanentes, mitad de la UPV/EHU y mitad del CSIC, con sus respectivos estudiantes de doctorado e investigadores postdoctorales, que vienen de todo el mundo”, explica el actual director, “somos un centro de atracción internacional de referencia”.

Aizpurua, como buen donostiarra, se muestra orgulloso por el ecosistema erigido en Ibaeta: “Es un polo nacional e internacional de investigación en materiales. Junto a nuestro centro tenemos la suerte y el honor de tener el DIPC, vanguardia de divulgación científica y de programas de investigación científica teórica, el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, dedicado más a transferencia industrial, del departamento de Industria del Gobierno Vasco, la facultad de Química, encargada de los polímeros, el Centro Polymat y el Centro Korta de investigación y desarrollo. Somos privilegiados por estar en un entorno que es muy competitivo y que nos coloca en el mundo”.

El CFM, a pesar de ser puntero en cuanto a tecnología e investigación, no está enfocado a dar soluciones y aplicaciones a la industria vasca de una manera directa. “No renunciamos a esa faceta de transferencia tecnológica”, matiza Javier Aizpurua, “la esencia de nuestro centro es una esencia de investigación fundamental. Queremos saber más para establecer los conceptos y la base de lo que puede llegar a ser luego nuevos dispositivos. En nuestro objetivo de partida no está generar un producto que se venda en el mercado, pero sí establecer las bases de la física y del comportamiento de nanodispositivos que puedan dar lugar a ello”.

Es esa búsqueda de la excelencia lo que ha conseguido poner al Centro de Física de Materiales de Donostia en el escalón más alto. El reconocimiento internacional ha llegado, por ejemplo, con el trabajo publicado recientemente en la prestigiosa revista Science, en el que, de la mano de la Universidad de Cambridge, han creado la que pasa por ser la lente más pequeña del mundo.

colaboración con cambridgeHace ya varios años que el CFM y la universidad británica mantienen una estrecha relación. A través de un proyecto europeo las dos instituciones, bajo la dirección de Aizpurua y de Jeremy Baumberg, colaboraban en diferentes trabajos y estudios sobre nanofotónica, la interacción de luz y nanopartículas. Este es, precisamente, el fuerte del equipo liderado por el director del CFM: “Hace año y medio empezamos a estudiar teóricamente y a desarrollar unos cálculos y predicciones de lo que se llama optomecánica, cómo establecer vibraciones mecánicas con luz”.

Tras desarrollar una serie de modelos de cálculos, el equipo donostiarra vio que era posible algo inaudito hasta entonces: “Localizar la luz sobre una molécula, algo que no se había visto y que se creía que no podía lograr. La luz tiende a esparcirse. Es una onda que se escapa. Lo que hemos hecho es utilizar unas nanopartículas de oro, que ya son muy pequeñas, sobre las cuáles hemos hecho una subestructura más pequeña todavía de uno o dos átomos. Esa estructura de uno o dos átomos de oro, por las propiedades electrónicas que tienen, era capaz de atrapar la luz y enfocarla sobre otras moléculas que estuviesen cerca. Conviertes esa molécula en una linterna de escala atómica. Es la lente más pequeña del mundo”.

El CFM y la Universidad de Cambridge intercambian visitas cada seis meses y en uno de esos encuentros el equipo de Aizpurua trasladó todo su trabajo teórico a sus colegas británicos para que intentaran demostrarlo empíricamente. “Ellos comenzaron a desarrollar los experimentos en su laboratorio y en febrero de este año nos presentaron lo que habían hecho. No hubo un eureka de un segundo, es un proceso de muchos experimentos de control”, relata el científico donostiarra, “a partir de abril se cierra y lo vemos muy claramente. La teoría y el experimento acuerdan muy claramente, escribimos los resultados y los mandamos a Science a finales de junio. El proceso ha sido realmente rápido y curioso”.

Una vez que el trabajo llega a la revista, expertos en la materia lo examinan y evalúan si merece la pena publicarlo: “Es la crème de la crème. Publicar en Science para un científico es jugar la Liga de Campeones. Ellos evalúan la calidad de los resultados, la novedad y el impacto rupturista. Los resultados tienen que ser o un cambio de paradigma, una nueva concepción, o algo nuevo que no se sabía antes. Nuestro proyecto es muy rupturista y es por lo que nos han publicado”.

Este avance puede ser la primera piedra de los nanodispositivos del futuro, tal vez de una “nanoprueba que a alguien le puedan inyectar y que controle la transformación de moléculas a través de mecánica con luz, algo inocuo”. Y todo gracias a la curiosidad insaciable de un equipo científico con sede en Donostia.

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