La revoluci¨®n de las fuerzas

A finales del siglo XVIII las inquietudes vitales y culturales de algunos j¨®venes europeos (principalmente alemanes, brit¨¢nicos y franceses) se expresaron en un movimiento cultural, el Romanticismo que penetr¨® el arte, la filosof¨ªa y la vida. El predominio de la individualidad, la intuici¨®n y las emociones, y el deseo de descubrir el fondo com¨²n de las cosas materiales y espirituales caracterizaron el Romanticismo. Algunos de los j¨®venes que en aquella ¨¦poca se iniciaban a los estudios cient¨ªficos tambi¨¦n estaban imbuidos de las inquietudes que animaban a los fil¨®sofos rom¨¢nticos. Y quiz¨¢ el concepto cient¨ªfico que mejor refleje la b¨²squeda por el fondo com¨²n de las cosas, y por ende el esp¨ªritu rom¨¢ntico, es en el desarrollo del concepto de energ¨ªa y los principios de conservaci¨®n que la rigen. La labor de esos cient¨ªficos tuvo un ¨¦xito instant¨¢neo y duradero. La formulaci¨®n de los problemas f¨ªsicos en t¨¦rminos de energ¨ªa ha permitido simplificar y universalizar unos m¨¦todos de trabajo que se aplican en todas las ramas de la F¨ªsica. Esos m¨¦todos han arrinconado a las formulaciones basadas en el concepto de fuerza desarrollado por Newton.

Y en ¨¦sas est¨¢bamos hasta que en 1985, Gerd Binnig, que recibir¨ªa el Nobel de F¨ªsica por la invenci¨®n del microscopio de efecto t¨²nel en 1986, acept¨® la invitaci¨®n de Calvin Quate para pasar una temporada en la Universidad de Stanford. Probablemente ocurri¨® una tarde mientras Binnig descansaba en su habitaci¨®n. Las peque?as irregularidades de la superficie del techo le recordaban a las im¨¢genes que proporcionaba el microscopio de efecto t¨²nel. Binnig observ¨® que todos los microscopios (¨®pticos, electr¨®nicos o de efecto t¨²nel) funcionaban de manera muy similar. Una fuente de part¨ªculas (ya sean fotones o electrones) es proyectada sobre el objeto; el an¨¢lisis de las trayectorias de las part¨ªculas antes y despu¨¦s de interaccionar con el objeto permite la formaci¨®n de una imagen del mismo.

Fue entonces cuando Binnig, Gerber y Quate dise?aron un microscopio que med¨ªa las fuerzas existentes entre una punta afilada y los ¨¢tomos o mol¨¦culas de la superficie del material. A partir de los valores de esas fuerzas ellos mostraron que era posible obtener una imagen de la superficie. La idea, despu¨¦s de todo, no era tan original. Las personas poseemos dedos, y ¨¦stos nos permiten reconocer la forma y textura de los objetos. Y los dedos sienten fuerzas. La originalidad del instrumento inventado por Binnig y sus colaboradores consisti¨® en su resoluci¨®n: su instrumento pod¨ªa detectar las fuerzas ejercidas por un solo ¨¢tomo. Es decir, ellos encontraron la clave para dise?ar un dedo at¨®mico.

El ¨¦xito del microscopio de fuerzas (atomic force microscope, o AFM en ingl¨¦s) ha sido espectacular: apenas han pasado 15 a?os despu¨¦s de los primeros ensayos y se ha instalado en casi todos los laboratorios de investigaci¨®n experimental. El car¨¢cter universal de las fuerzas -siempre existir¨¢n entre dos superficies- ha permitido al microscopio de fuerzas resolver problemas tan diversos como la visualizaci¨®n de los primeros pasos de la polimerizaci¨®n de ¨¢cidos nucleicos, la resoluci¨®n de vacantes at¨®micas en superficies cristalinas o detectar fallos en las conexiones de circuitos integrados.

El control tan preciso de las fuerzas que el microscopio ejerce sobre los ¨¢tomos de una superficie, posibilita la manipulaci¨®n a escalas at¨®mica y nanom¨¦trica, y con ello, la construcci¨®n de dispositivos electr¨®nicos o mec¨¢nicos formados por unos pocos ¨¢tomos. Esos dispositivos son los prototipos de las m¨¢quinas del futuro. Aqu¨ª lo peque?o es una ventaja, pues implica procesos m¨¢s r¨¢pidos y facilita la integraci¨®n.

Universalidad, resoluci¨®n y manipulaci¨®n a escala nanom¨¦trica han convertido a la microscop¨ªa de fuerzas en el instrumento m¨¢s potente para alcanzar el dominio de lo peque?o, es decir, para afrontar los retos de la nanotecnolog¨ªa. Y en un giro ir¨®nico, la t¨¦cnica que m¨¢s est¨¢ contribuyendo al estudio individualizado de ¨¢tomos y mol¨¦culas ha rescatado un concepto, el de la fuerza entre dos objetos, que hab¨ªa sido relegado al ostracismo por los promotores de la individualidad.

Ricardo Garc¨ªa es cient¨ªfico del Instituto de Microelectr¨®nica de Madrid, CSIC