El despertar de las mol¨¦culas

Concebidas como especies qu¨ªmicas formadas por la uni¨®n de ¨¢tomos, f¨ªsicos, qu¨ªmicos e ingenieros, adem¨¢s de expertos en simulaci¨®n y modelizaci¨®n inform¨¢tica, llevan unos pocos a?os tratando de caracterizar las propiedades de las mol¨¦culas, cuando no de inducirlas, para definir aplicaciones en los campos m¨¢s diversos.

'La tecnolog¨ªa actual, sobre todo en ¨¢reas como la microelectr¨®nica, tiene sus l¨ªmites'. As¨ª responde Fernando Palacio, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Arag¨®n (CSIC), cuando se le pregunta por el potencial de las mol¨¦culas. Los l¨ªmites vienen dados, en buena medida, por lo que se espera de las tecnolog¨ªas de la informaci¨®n y las comunicaciones del futuro, aunque no s¨®lo de ellas. 'Pretendemos una televisi¨®n interactiva y unos ordenadores cada vez m¨¢s r¨¢pidos y potentes', argumenta Palacio. Con la microelectr¨®nica actual, agrega, queda poco camino por recorrer. A lo sumo, de cinco a 10 a?os. La miniaturizaci¨®n extrema tiene su final l¨®gico en la aparici¨®n de fen¨®menos cu¨¢nticos dif¨ªcilmente controlables, mientras que los l¨ªmites de grabaci¨®n, al menos seg¨²n la versi¨®n de t¨¦cnicos de IBM, llegar¨¢ con los 100 terabits por pulgada cuadrada. M¨¢s all¨¢, s¨®lo hay soluciones te¨®ricas en perspectiva.

Las mol¨¦culas, o los materiales moleculares, resume Eugenio Coronado, director del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia, se aprestan a ser la soluci¨®n ideal. Con ellos, 'no hay problema de miniaturizaci¨®n' y, en teor¨ªa, tampoco en cuanto a su funcionalidad. La cuesti¨®n, sin embargo, es que en la mayor¨ªa de los casos apenas se ha pasado de los prototipos experimentales. Hoy por hoy, el inter¨¦s de los cient¨ªficos dedicados a este campo consiste en 'aprender todo cuanto sea posible'.

Desde el principio

Aprender significa tomar una mol¨¦cula y empezar pr¨¢cticamente por el principio. Esto es, ver c¨®mo est¨¢n enlazados sus ¨¢tomos, qu¨¦ forma tiene la mol¨¦cula en cuesti¨®n y definir sus propiedades. Si el destino inicial es la electr¨®nica, 'se medir¨¢ su potencial ¨®ptico, magn¨¦tico y el¨¦ctrico', indica Jaume Veciana, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC), aunque tambi¨¦n pueden verificarse otras caracter¨ªsticas como su capacidad para enlazar con otras mol¨¦culas presentes en un medio determinado o incluso su movimiento.

De las mol¨¦culas se espera, entre otras cuestiones, que puedan dise?arse diodos, interruptores, motores o sensores a escala subnanom¨¦trica. Es decir, por debajo de una milmillon¨¦sima parte de metro o, lo que es lo mismo, dispositivos much¨ªsimo m¨¢s peque?os que una bacteria o un virus. ?Para qu¨¦ tan peque?o? En esencia, para superar los l¨ªmites f¨ªsicos que imponen los materiales convencionales y, como consecuencia, para proseguir con la suma de capacidades de objetos y artilugios que, de otra manera, ser¨ªan inconcebibles. Entre ellos, ordenadores, tel¨¦fonos m¨®viles, pantallas ultrafinas, tinta y libros electr¨®nicos, o sensores para la detecci¨®n de compuestos a muy baja concentraci¨®n en medios l¨ªquidos o gaseosos. Y eso sin olvidar las aplicaciones militares (como el llamado soldado electr¨®nico).

Los retos a los que deben hacer frente los cient¨ªficos y t¨¦cnicos arrancan de la base. El primer paso, la caracterizaci¨®n de las propiedades de la mol¨¦cula, representa una dificultad en s¨ª misma. Pero lo es tambi¨¦n su manipulaci¨®n. 'Los qu¨ªmicos sabemos hacer mol¨¦culas con una estructura y una funci¨®n determinadas, pero hay que colocarlas en su sitio', coinciden Coronado y Veciana. El uso del microscopio de efecto t¨²nel representa hoy por hoy la mejor soluci¨®n para manipular mol¨¦culas, pero su uso est¨¢ restringido pr¨¢cticamente a los laboratorios b¨¢sicos o al desarrollo de prototipos experimentales. Raramente se emplea en sistemas de producci¨®n.

Un segundo problema viene determinado por la uni¨®n de distintas mol¨¦culas para formar un agregado que mantenga un cierto orden y, con ¨¦l, unas caracter¨ªsticas concretas. Y, adem¨¢s, conectar ese agregado con el mundo macrosc¨®pico. 'Las mol¨¦culas no est¨¢n solas', razona Palacio. 'Precisan de una interfase que permita que un interruptor formado por una sola mol¨¦cula pueda apagar o encender un dispositivo visible a simple vista'.

El ensamblaje de las mol¨¦culas es hoy uno de los puntos centrales de debate. La tecnolog¨ªa actual permite obtener l¨¢minas inferiores al nan¨®metro de espesor dotadas de propiedades ¨®pticas, magn¨¦ticas o el¨¦ctricas y apuntar con ellas soluciones para circuitos integrados o sensores para narices electr¨®nicas. Si obtener esas l¨¢minas ya es de por s¨ª complejo, m¨¢s lo es todav¨ªa elaborar multicapas en las que se intercalen caracter¨ªsticas distintas. El primero en lograrlo, tal y como reflej¨® la revista Nature el pasado noviembre, ha sido precisamente Coronado, con un sistema h¨ªbrido que permite combinar capas de propiedades magn¨¦ticas y conductoras. El descubrimiento del investigador valenciano abre la puerta a una generaci¨®n de materiales con los que 'pensar nuevos dispositivos' de inter¨¦s en microelectr¨®nica.

La ingenier¨ªa molecular (c¨®mo ordenar las mol¨¦culas), junto con el despegue de la fot¨®nica (el uso de los fotones en lugar de los electrones), completan el escenario de los materiales moleculares en su versi¨®n electr¨®nica. El conjunto va a permitir, en opini¨®n de Veciana, construir un lego molecular en el que, a trav¨¦s de distintos sistemas, realizar un conjunto de funciones en un dispositivo ¨²nico. Funciones que, en esencia, pasan por aplicar un est¨ªmulo, generar una respuesta y guardar una funci¨®n. B¨¢sicamente, lo mismo que hace un chip al procesar una informaci¨®n, s¨®lo que a un tama?o infinitamente m¨¢s peque?o.