La tecnolog¨ªa de lo muy peque?o da grandes pasos

Quinientos ¨¢tomos de oro no son amarillos, sino rojos como cerezas

El premio Nobel de F¨ªsica Richard Feynman propuso durante una conferencia una competici¨®n estudiantil: "El instituto de Los Angeles mandar¨ªa al instituto de Venecia un alfiler en cuya cabeza estuviera escrita la frase 'How' s this?', y lo recibir¨ªa de vuelta con las palabras 'Not so hot' escritas en el punto de la 'i"". Feyniman hablaba de construir cosas a base de manipular uno a uno los ¨¢tomos, como en un lego microsc¨®pico con piezas unas 10 millones de veces m¨¢s peque?as que un mil¨ªmetro; pero entonces, en 1959, la idea era pura ficci¨®n.Hoy, en cambio, el f¨ªsico estadounidense es venerado como genial visionario, casi profeta, por cient¨ªficos que hacen exactamente lo que ¨¦l dijo, estudiar la materia a escala de nanometros -millon¨¦simas de mil¨ªmetro- y manipularla para aprovechar las peculiares propiedades que se observan.

As¨ª, han aprendido a crear mol¨¦culas que se ensamblan solas formando las estructuras deseadas; dispositivos para cazar y controlar el movimiento de un ¨²nico electr¨®n; sistemas para estirar prote¨ªnas y medir cu¨¢nto aguantan hasta que se rompen; cables de pocos nanometros de grosor que conducen -sin calentarse- 10.000 veces m¨¢s corriente que un cable normal... Son o ser¨¢n en un futuro objetos ¨²tiles para crear nuevos materiales, fabricar sensores muy sensibles, dise?ar f¨¢rmacos... pero sobre todo para hacer microprocesadores much¨ªsimo m¨¢s potentes y peque?os de los actuales.

Inter¨¦s tecnol¨®gico

Un grupo selecto de expertos se reuni¨® recientemente en Toledo para repasar los principales avances mundiales en la nanociencia durante los ¨²ltimos cinco a?os, en un foro de los varios que patrocina la OTAN "para promocionar ¨¢reas de investigaci¨®n consideradas de gran inter¨¦s tecnol¨®gico", seg¨²n Nicol¨¢s Garc¨ªa, director del Laboratorio de F¨ªsica de Sistemas Peque?os y Nanotecnolog¨ªa del CSIC y uno de los organizadores:"La base de esta ciencia es entender c¨®mo var¨ªan las propiedades de un material en funci¨®n de su tama?o. Por ejemplo: ?cu¨¢ntos ¨¢tomos hacen falta para que un metal sea como el que t¨² puedes coger en tu mano, el que conoces? Una agrupaci¨®n de 500 ¨¢tomos de oro no son de color amarillo, sino rojos como una cereza. Tienes que juntar miles de ¨¢tomos antes de que el oro se haga amarillo. Las propiedades ¨®pticas, el¨¦ctricas, magn¨¦ticas, mec¨¢nicas... de un material dependen del n¨²mero de ¨¢tomos que tengas", explica Uzy Landmann, del Instituto Tecnol¨®gico de Georgia (EE UU).

El trabajo de Landmarin es simular con los ordenadores lo que las t¨¦cnicas experimentales a¨²n no permiten observar en realidad, como el comportamiento de las mol¨¦culas; partiendo de las leyes f¨ªsicas que describen los enlaces at¨®micos, y resolviendo miles de ecuaciones, es posible simular las interacciones entre los miles de ¨¢tomos del sistema. "As¨ª puedes simular cambios en tu sistema y ver c¨®mo se alteran sus propiedades; te conviertes en arquitecto del material macrosc¨®pico, porque puedes sugerirle al experimentalista qu¨¦ cambios hacer en la mol¨¦cula para lograr que se comporte como ¨¦l quiere. La teor¨ªa ha llegado a un punto que nos permite predecir el comportamiento de las mol¨¦culas", dice Landmann.

En 1990 ¨¦l y su grupo predijeron que si se toca un metal con una punta muy afilada y se tira lentamente, el metal se comporta como el queso de una pizza, o como un chicle: se desarrolla una especie de cable microsc¨®pico, un nanocable, que va creciendo con sus ¨¢tomos colocados ordenadamente, como en un cristal. Es un efecto cu¨¢ntico que s¨®lo se ve cuando se estudia la materia a escala de unos 10 nanometros. "En el mundo cotidiano un metal no se comporta como un pl¨¢stico, pero en la nanoescala la materia es especial", explica Landman. "Lo m¨¢s bonito fue que tres a?os despu¨¦s se demostr¨® que nuestra predicci¨®n era correcta en un experimento hecho en Madrid por Nicol¨¢s Garc¨ªa y Arturo Bar¨®, de la Universidad Aut¨®noma", explica Landmarin.

Los nanocables miden unos 50 nanometros. En ellos los electrones no chocan con nada, y, por tanto, no pierden energ¨ªa: el resultado es que se puede transportar gran cantidad de corriente sin que el nanocable se caliente, cualidad muy ¨²til a la hora de fabricar microprocesadores potentes y peque?os. "Los nanocables son los elementos de conexi¨®n de los componentes de los microprocesadores del futuro; no puedes pensar en construir componentes de nanometros y unirlos con cables normales", dice Garc¨ªa.

Pero, ?c¨®mo ser¨¢n los componentes que tal vez conecten los nanocables? "La cuesti¨®n es si estar¨¢n basados en los dispositivos actuales de semiconductores, que se har¨¢n m¨¢s peque?os, o si triunfar¨¢n l¨ªneas totalmente nuevas. Es a¨²n una pregunta abierta, y espero que se resuelva antes de que me retire", afirma Konstantin Likharev, de la Universidad de Nueva York. ?l cree haber dado con la t¨¦cnica "mejor candidata -y probablemente la ¨²nica conocida- a servir de base a la construcci¨®n de chips ultradensos a una escala menor de 10 nanometros": los dispositivos capaces de controlar el movimiento de un ¨²nico electr¨®n.

"El electr¨®n es la part¨ªcula estable m¨¢s peque?a de la materia; cuando hace dos a?os descubrimos que pod¨ªamos controlarlo, est¨¢bamos fascinados. Lo maravilloso es que podemos coger un electr¨®n de entre miles de millones, llevarlo a otra parte y saber exactamente d¨®nde est¨¢. No hemos resuelto todos los problemas te¨®ricos, pero hemos demostrado que es posible construir transistores, los componentes esenciales de un chip, basados en el control de un ¨²nico electr¨®n".

Otra l¨ªnea es la que ensaya Hans Biebuyck, de los laboratorios de IBM en Zurich, y que consiste literalmente en grabar con mol¨¦culas, sobre las placas de semiconductores, los circuitos de que est¨¢n hechos los chips. Y son mol¨¦culas dise?adas espec¨ªficamente para que las distintas capas del circuito se vayan ensamblando por s¨ª solas.

"Estas mol¨¦culas tienen en un extremo un azufre que se pega a la placa base, por ejemplo silicio, y en el otro extremo un grupo funcional con que capturar otras mol¨¦culas", explica el premio Nobel Heinrich Rohrer, tambi¨¦n de IBM. "Puedes usarlas para hacer circuitos min¨²sculos: recubres con ellas el plano del circuito y despu¨¦s lo apoyas sobre el sustrato adecuado: las mol¨¦culas se pegar¨¢n, y reproducir¨¢n en el sustrato la forma del plano; al extremo que quede suelto se Ir¨¢n ensamblando ordenadamente las dem¨¢s capas del circuito".

Y se barajan, adem¨¢s, otras muchas formas de fabricar nanochips: controlar el campo magn¨¦tico de mol¨¦culas que funcionan como imanes, fabricar nanodiapasones y hacer que vibren al mismo tiempo... "De momento hay muchas tentativas y es dif¨ªcil saber cu¨¢l de las ideas se traducir¨¢ antes en una aplicaci¨®n pr¨¢ctica", opina Manuel Nieto-Vesperinas, del Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid. Y Likharev sentencia: "Manejar las nanoestruturas pertenece en gran medida al futuro. Adem¨¢s, desafortunadamente la experiencia nos dice que el 90% del esfuerzo que hacemos ser¨¢ en vano y no acabar¨¢ en nada pr¨¢ctico..., pero as¨ª es la ciencia".