ESCRIBIENDO CON ÁTOMOS ......Y MUCHO MÁS.

Por: Dr. Jaime Gru

“Hay Suficiente Espacio Por Debajo” fué el título de una charla que el eminente físico y premio Nobel norteamericano Richard Feynman dictó en una reunión de la Asociación Americana de Física que tuvo lugar el 29 de Diciembre de 1959 en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) y que se volvió famosa.

En efecto y mediante argumentos puramente cualitativos, Feynman aseveró que era posible almacenar enormes cantidades de información en escala atómica y que solo sería cuestión de tiempo conseguirlo. Consideró también la posibilidad de construir motores y otros mecanismos de tamaño mínimo.

Por la misma época, los ingenieros Jack Kilby de Texas Instruments y Robert Noyce de Fairchild introdujeron los circuitos integrados, ó sea dispositivos microelectrónicos que contienen un gran número de reducidos componentes tales como transistores, diodos y resistores. Esta innovación hizo posible que los microprocesadores actuales tales como el Pentium IV contengan más de 40 millones de transistores y que se construyan memorias de 512 megabytes en pequeñas barritas de costo relativamente bajo.

Además, se han venido efectuando grandes progresos en la miniaturización de diversos tipos de mecanismos. Es así como contamos ya con diminutos motores eléctricos, piñones y otros dispositivos elaborados con técnicas muy similares a las de los integrados electrónicos. Todo este campo pertenece a la microtecnología, en el cual se trabaja con dimensiones de unos cientos de nanómetros. Un nanómetro (nm) es la milmillonésima parte de un metro. Un cabello femenino puede tener unos 100.000 nanómetros de espesor.

Pero en la Nanotecnología se pretende trabajar con átomos, moléculas y partículas con el objeto de construir estructuras con dimensiones inferiores a los 100 nanómetros!!. En este submundo las leyes clásicas de la física comienzan a fallar y es necesario recurrir a la Mecánica Cuántica para explicar el comportamiento de la materia. En las investigaciones que tienen lugar, se emplean herramientas novedosas tales como el microscopio de barrido por efecto túnel (STM) que data de 1981 y el microscopio de fuerza atómica (AFM), que permiten observar átomos individuales en una estructura y aún la posibilidad de moverlos de un lugar a otro. Precisamente, el laboratorio de investigación de la IBM en Zurich divulgó hace pocos años una fotografía en la cual aparecían las siglas de la compañía sobre una estructura molecular.

Los métodos para fabricar nanoestructuras se clasifican generalmente en dos clases: de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, donde las referencias son al tamaño. El primer procedimiento se basa en sistemas similares a los empleados en la elaboración de los microcircuitos electrónicos, pero con el uso de luz ultravioleta de longitud de onda muy corta y también de rayos X, pretendiéndose con ello mejorar la resolución y alcanzar dimensiones inferiores a las que existen en y entre los componentes de los integrados actuales. Sin embargo se presentan problemas por la mayor energía de los fotones de estas frecuencias elevadas y que pueden ocasionar daños en las estructuras que se estén elaborando.

Se viene experimentando con técnicas de litografía “blanda”, empleando polímeros como el PDMS (polidimetilsiloxano) y otro procedimiento con el nombre de micromoldeo capilar. Las ventajas de estas técnicas blandas residen mayormente en el hecho de que no exigen equipos demasiado costosos y permiten obtener nanoestructuras en un rango amplio de materiales, incluyendo complejas moléculas orgánicas, necesarias en investigaciones biológicas, entre otras cosas.

En cuanto a los métodos ascendentes a los cuales se hizo referencia, emplean procedimientos químicos. Uno de ellos se aplica para la obtención de los llamados “nanotubos” y de “puntos cuánticos”. Los primeros fueron descubiertos en 1991 por el investigador japonés de la NEC S. Iijima y tienen la forma de relativamente largos tubos cilíndricos de carbono y son elaborados por procesos de crecimiento catalítico. Se argumenta que son en realidad “láminas” de grafito enrrolladas y relacionadas con el tipo de carbonos conocidos como fullerenos. En cuanto a los puntos cuánticos, son pequeñísimos cristales que contienen unos pocos centenares de átomos donde los electrones se encuentran confinados en niveles de energía muy separados y que emiten radiación de longitud de onda única al ser excitados. Ello hace que estos puntos cuánticos se empleen como marcadores en estudios de biología.

Se viene explorando igualmente la construcción de estructuras a partir de coloides que no son otra cosa que nanopartículas en suspensión. Estudios efectuados por la IBM con uno de estos coloides, han permitido prever que en un futuro próximo se lograrán densidades de almacenamiento de datos entre 10 y 100 veces mayores a las actuales.

PERSPECTIVAS FUTURAS.
Es indudable que las nanotecnologías ofrecen numerosas e interesantísimas aplicaciones, de utilidad en casi todos los campos. Es tal su importancia, que a principios del año 2000 el presidente Clinton lanzó un programa con financiación de centenares de millones de dólares, denominándolo NMI por: Iniciativa Nacional de Nanotécnica. Tanto en Europa como en Asia son incontables los proyectos de investigación en estas disciplinas; y en América Latina, el Brasil se halla a la vanguardia.

La nanotecnología jugará un papel preponderante en Biología y en Medicina en la exploración genética y en la búsqueda de nuevos medicamentos; en el diagnóstico y terapia de enfermedades que han plagado a la humanidad desde la aparición del hombre sobre la tierra. Virus, bacterias, otros microorganismos patógenos y células tumorales podrán ser marcados y rastreados para conocer su modo de operación. Se prevé también que será eventualmente posible poder liberar los medicamentos en el lugar donde se requiere que actúen, evitando así algunos efectos secundarios que pudiesen tener en el organismo. La regeneración de tejidos y aún de órganos afectados por enfermedades ó por traumas, se halla igualmente en la agenda de los investigadores.

La industria ha mostrado también un marcado interés por los desarrollos nanotecnológicos. Se estudia la posibilidad de contar con pequeños robots que sean capaces de diagnosticar problemas en procesos críticos ó delicados. No hay duda que una de las disciplinas que más se beneficiará, será la relacionada con materiales de toda clase. Se posibilitará obtenerlos con características muy mejoradas en cuanto a resistencias mecánica, térmica, aumento su durabilidad y hacerlos inmunes a la acción de la oxidación y ataques químicos, etc. Otras actividades industriales en las cuales se esperan beneficios, son las de alimentos, textiles, química, de plásticos, metalmecánica, eléctrica y electrónica, etc.

En cuanto a la Informática y la Electrónica específicamente, el uso de dispositivos tales como filamentos semiconductores y tubos cuánticos facilitará la construcción de microprocesadores con miles de millones de componentes superiores al transistor actual. En efecto, los nanotubos de carbono de solo 2.8 nanómetros de diámetro han mostrado conductividades superiores a las de cualquier metal y es más, pues bajo determinadas condiciones pueden operar como suiches, conduciendo ó bloqueando la corriente.

Debemos entender que apenas se están dando los primeros pasos. La Nanotecnología se constituye en uno de los campos más promisorios del siglo XXI y es indudable que su impacto se irá sintiendo a medida que salgan al mercado sus productos de los cuales estaremos disfrutando próximamente.
Bibliografía: Revista IEEE Spectrum, Enero de 2001 y Revista Investigación y Ciencia, Noviembre de 2001