Electrones eficaces para nuevas pantallas

La televisi¨®n, el microscopio electr¨®nico, las radiograf¨ªas, una pantalla de ordenador, todos funcionan gracias a que hay un chorro de electrones que bombardea algo. ?Es posible hacerlos mejores y m¨¢s baratos? El reto est¨¢ en producir el chorro de electrones m¨¢s eficazmente. Un centenar de cient¨ªficos explicaron en Toledo la semana pasada c¨®mo han conseguido hacerlo, resucitando un viejo principio f¨ªsico y combin¨¢ndolo con la microelectr¨®nica moderna. El resultado son aplicaciones en campos tan variados como las pantallas ultraplanas y la propulsi¨®n el¨¦ctrica de las naves espaciales. Que empresas e investigadores europeos colaboren para sacarles el jugo es el objetivo de este primer congreso de la Red Europea de Emisi¨®n de Campo (Eurofe).

El punto de partida de la estrategia seguida por los f¨ªsicos reunidos en la Universidad de Castilla-La Mancha, en Toledo, es el fen¨®meno llamado emisi¨®n de campo: si se aplica un campo el¨¦ctrico lo bastante intenso a un metal, los electrones que fluyen libremente por la superficie met¨¢lica podr¨¢n escapar de ¨¦sta, de forma que se emite una corriente de electrones. Los cient¨ªficos saben tambi¨¦n desde hace d¨¦cadas que es posible modular la densidad de esa corriente de electrones jugando con algo tan simple como la forma del metal: si el metal tiene forma de punta, por ejemplo, los electrones lo tienen mucho m¨¢s f¨¢cil para escapar, y, por tanto, el campo el¨¦ctrico que hay que aplicar inicialmente es mucho menor. Basta con hacer una punta en el metal para que la corriente de electrones salga mucho m¨¢s barata."El principio es simple y tan viejo como el pararrayos: la ley de las puntas", explica Pedro Serena, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid y uno de los organizadores del congreso. "Una punta -ya sea un pararrayos o un dedo- condensa el campo el¨¦ctrico, por eso funcionan los pararrayos y por eso los rayos pueden caer en las ovejas, cuyos pelos, sobre todo si est¨¢n mojados, hacen las veces de puntas".

Si a esta idea se le a?aden las t¨¦cnicas actuales de microelectr¨®nica, que permiten fabricar puntas met¨¢licas de apenas mil¨¦simas de mil¨ªmetro de altura, el resultado son diminutos chorros de electrones que necesitan un voltaje bajo. Eso equivale a poco consumo y muchas aplicaciones.

La variedad de asistentes al congreso demuestra este ¨²ltimo punto. En Toledo hab¨ªa desde investigadores en f¨ªsica b¨¢sica como Juan Jos¨¦ S¨¢enz, de la Universidad Aut¨®noma de Madrid, que estudia c¨®mo var¨ªa el fen¨®meno de la emisi¨®n en funci¨®n de la punta, hasta representantes de empresas europeas como Pixtech y PFE, estadounidenses como Motorola y la coreana Samsung.

El objetivo de la Red Europea de Emisi¨®n de Campo, financiada por la Fundaci¨®n Europea de la Ciencia y la UE, es precisamente ¨¦se: "Poner en contacto grupos distintos y a las empresas con los laboratorios. Europa est¨¢ por detr¨¢s de EEUU y Jap¨®n en este campo", afirma Antonio Correia, de la empresa CMP-Cient¨ªfica y uno de los organizadores.

Sensor con puntas

"La idea es echarle imaginaci¨®n a las aplicaciones y ver si los ingenieros lo quieren hacer", dice Serena. Este investigador ha contactado con la espa?ola Construcciones Aeron¨¢uticas (CASA) para investigar en un futuro sensor de campo magn¨¦tico que sirva para los sat¨¦lites en ¨®rbita terrestre, capaces de determinar su posici¨®n a base de detectar continuamente el campo magn¨¦tico de la Tierra. "Un sensor de campo magn¨¦tico mide los cambios en un chorro de electrones inducidos por el campo magn¨¦tico; si podemos fabricar un sensor tan sensible como los actuales pero con puntas miniaturizadas de emisi¨®n de campo, se ahorra mucho peso, algo fundamental en los lanzamientos", explica.Otra aplicaci¨®n discutida en Toledo fueron los microscopios electr¨®nicos, que funcionan bombardeando una muestra con electrones acelerados que atraviesan una c¨¢mara de vac¨ªo. El voltaje que se aplica ahora para acelerar los electrones es de decenas de miles de voltios; eso los hace ir tan r¨¢pido que para que d¨¦ tiempo a curvar sus trayectorias -para enfocarlos a la muestra- se necesita una gran c¨¢mara de vac¨ªo. Con una punta hace falta un voltaje 10 veces menor y mucho menos espacio para enfocar los electrones. Conclusi¨®n: un microscopio m¨¢s barato y peque?o.

Por el momento, la aplicaci¨®n estrella de las micropuntas de emisi¨®n de campo -al menos la que m¨¢s inter¨¦s comercial est¨¢ despertando- son las pantallas ultraplanas. Robert Baptist, del laboratorio franc¨¦s LETI, donde se demostr¨® por primera vez la posibilidad de hacer una pantalla de este tipo, monocroma, a finales de los ochenta, repasa el estado del arte: "Quedan problemas que resolver, pero nuestros productos son mejores que las actuales pantallas de plasma y de cristal l¨ªquido. Ya hay pantallas peque?as en el mercado fabricadas con esta tecnolog¨ªa, pero el verdadero potencial est¨¢ en las pantallas grandes".

Rayos X

Pixtech ya comercializa pantallas planas de emisi¨®n de campo de unos 15 cent¨ªmetros para aplicaciones m¨¦dicas y para coches. Una de sus ventajas es que resisten temperaturas extremas, mientras que las de cristal l¨ªquido simplemente se congelan. Baptist propone tambi¨¦n dispositivos de emisi¨®n de campo para generar rayos X con usos m¨¦dicos, por ejemplo. "Las aplicaciones son m¨²ltiples: dondequiera que haga falta un flujo de electrones".Otro ejemplo: los motores de propulsi¨®n el¨¦ctrica de las naves espaciales, que la NASA ha empleado ya en la misi¨®n Deep Space 1, lanzada el a?o pasado. Si la propulsi¨®n el¨¦ctrica, que se basa en ionizar a los ¨¢tomos del combustible para que salgan despedidos en direcci¨®n contraria a la nave, se hace por emisi¨®n de campo, "se consigue un ahorro de combustible mucho mayor", explica Salvo Marcuccio, de la compa?¨ªa italiana Centrospacio. "Es un tipo de propulsi¨®n id¨®nea para misiones cient¨ªficas muy sofisticadas o peque?os sat¨¦lites".

De hecho, seg¨²n Giorgio Saccoccia, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), cuatro misiones que esta agencia tiene en proyecto para principios del pr¨®ximo milenio s¨®lo ser¨¢n posibles si se desarrolla la propulsi¨®n el¨¦ctrica por emisi¨®n de campo: Lisa, para detectar ondas gravitacionales; Darwin y Gaia, que buscar¨¢n planetas de tama?o similar a la Tierra, y Goce, un sat¨¦lite de observaci¨®n terrestre. "Las investigaciones van muy avanzadas; lo que nos falta sobre todo es hacer una prueba en vuelo y que la gente vea que funciona.

Pero en el espacio la emisi¨®n de campo puede ser tambi¨¦n un inconveniente. ?se es el fen¨®meno que origina los problemas de los sat¨¦lites cuando hay una tormenta magn¨¦tica: los instrumentos se ven inmersos en un mar electr¨®nico m¨¢s intenso del que pueden soportar. David Raboso, de la ESA, desarrolla junto con la Universidad Aut¨®noma de Madrid un experimento para medir la intensidad habitual del campo el¨¦ctrico en distintas zonas del espacio en torno a la Tierra, para que los futuros sat¨¦lites ajusten su protecci¨®n seg¨²n la ¨®rbita a la que vayan a volar. El experimento se llama Leedex (siglas de Low Energy Electron Density Experiment) y volar¨¢ en el 2001.