En el capítulo anterior pudimos aprender
las maravillosas propiedades de los nanotubos de carbono,
que pueden intervenir en ámbitos
tan necesarios en nuestra vida cotidiana como son:
en el transporte o almacenamiento y generación de energía alternativa.
En este nuevo capítulo de la serie hablaremos de...
las propiedades magnéticas de los materiales.
Esto, que puede sonar tan lejano,
lo tenemos día a día en nuestras casas,
en las oficinas, en el supermercado.
Se trata de, por ejemplo, los ordenadores.
Los discos duros magnéticos de las computadoras
son los encargados de almacenar y conservar la información,
aunque tengamos el ordenador apagado.
Desde su aparición, en 1956,
su coste y tamaño se han ido reduciendo año tras año.
De forma paralela, su capacidad y velocidad
han ido en aumento y, todo esto, ha sido gracias a la Nanotecnología.
Agustina Asenjo,
investigadora del Instituto de los Materiales del CSIC,
va a ser la encargada de desvelarnos en este capítulo
los misterios y el magnetismo de los materiales.
-Agustina, ¿qué tal estás?. -Bien.
-De acuerdo. Estamos aquí,
en el vestíbulo del Instituto de Ciencias de los Materiales de Madrid,
uno de los más grandes del Consejo, no el vestíbulo, sino el Instituto,
y como a todos los que estamos entrevistando,
me gustaría que, para empezar,
me dieses tu opinión sobre lo que es la Nanotecnología.
¿Qué es esto del nanómetro?
¿De qué se trata?
-La Nanotecnología, es una idea de los 80,
respecto a la posibilidad
de manipular átomos, manipular moléculas...
Y dio la casualidad de que, en esas épocas,
también se desarrollaron determinadas técnicas
que favorecían la posibilidad de manejar a nivel atómico.
Y, respecto a los nanómetros, el número es el 10 a la menos 9 metros.
Pero, para hacernos una idea visual de cómo sería eso,
es como si viésemos un hilo de un milímetro
y quisiésemos hacer un millón de partes de ese trocito de hilo.
También podemos escalarlo a nuestro entorno,
y, por ejemplo, lo que tendríamos es que,
un milímetro es a un nanómetro, como un kilómetro a un milímetro.
Esas son las dimensiones.
-Y, ¿cuál es el interés de hacer las cosas tan pequeñas?
¿Por qué nos fascina explorarlo y vamos a sacar algo de esto?
-Yo creo que hay como dos vertientes.
Una, la de aumentar las densidades,
reducir los tamaños, y eso tiene ciertas ventajas.
Tiene ventajas como que utilizamos menos materiales,
hacemos las transacciones de información mucho más rápidas
y hacemos también reducción de la energía consumida.
Eso es un aspecto.
Y el otro aspecto es que, cuando reducimos las dimensiones,
aparecen una serie de propiedades nuevas asociadas
a esa baja dimensionalidad.
En particular, por ejemplo,
tenemos mucha más superficie respecto al volumen.
En el caso del magnetismo, podemos tener elementos
donde no podemos tener diferentes orientaciones de los espines, etc.
-Y, todas estas exploraciones, esto de observar el nanomundo,
las cosas tan pequeñitas, ¿qué herramientas necesitamos?.
No son herramientas convencionales, por supuesto.
-Podríamos usar herramientas macroscópicas,
que son suficientemente sensibles.
Necesitamos mucha sensibilidad y mucha resolución lateral
para poder estudiar elementos individuales.
Con las técnicas macroscópicas, muy sensibles,
podemos tener una información de los procesos, en general,
pero sólo recurriendo a técnicas tipo microscopía,
en particular, microscopía de campo cercano,
podemos tener de verdad el estudio individual
de cada uno de estos elementos en la nanoescala.
-Cuando hablas de campo cercano
son lo que llamamos microscopios de efecto túnel,
microscopios de fuerzas atómicas o de esta familia.
¿Cómo funciona un microscopio de éstos,
por ejemplo, el de efecto túnel?.
-El de efecto túnel se basa... es un efecto cuántico,
que nos dice que si bien en la teoría clásica
una partícula no puede atravesar una pared,
en el caso del efecto túnel,
sí podría en determinadas circunstancias.
Usando esa idea,
lo que hicieron fue afilar una punta metálica,
hasta que el final es un átomo,
al acercarlo a una superficie metálica también
existe una corriente no nula,
si aplicamos una diferencia de potencial
entre la punta y la muestra.
La ventaja de esta corriente es que es exponencial con la distancia,
con lo cual te aseguras una muy alta resolución vertical,
y el hecho de que termine en una punta
y de que la corriente esté confinada en ese último átomo,
hace que la resolución lateral sea del orden del átomo
y por debajo del átomo.
-Y la otra herramienta que está en esta familia,
que son fuerzas atómicas,
que son así un poco aparentemente peligroso, pero es bastante inocuo,
¿en qué consiste?.
-Digamos que la mecánica del efecto túnel se usó
y la mecánica no es una cosa falaz.
Es lo que les permitió poder mover la punta y la muestra
a esas distancias y con tal precisión.
Usando esa misma idea, pero usando otro tipo de sonda.
En este caso no tenemos electrones
que atraviesan el aire desde la punta a la muestra,
sino que tenemos una punta pegada a un microcantilever.
Acercando esa punta a nuestra superficie,
por ejemplo, hasta llegar a contacto,
si controlamos la fuerza que hay entre esta punta y esta muestra,
y movemos nuestro cantilever con nuestra punta sobre la superficie,
vamos a obtener un mapa de topografía.
En este caso las ondas, ya digo, es la punta,
y por lo tanto la resolución viene determinada
por ese tamaño final de la punta.
-Ya en otras entrevistas, algunos compañeros tuyos
nos han dicho que estas herramientas también
permiten mover átomos,
pero parece poco creíble que moviendo átomos de uno en uno,
vayan a ser las herramientas que permitan fabricar en masa.
¿Qué técnicas son las que vamos a utilizar, por ahora,
para poder fabricar este tipo de nanoestructuras tan pequeñitas,
casi con precisión atómica?.
-Efectivamente, tanto el STM como la FM sirven,
digamos para decorar determinados elementos
moviendo atomitos desde un sitio a otro,
pero no para un desarrollo, de verdad, industrial.
Para ello, lo que tenemos que usar
son técnicas basadas en haces de electrones o haces de iones,
que nos permiten dibujar con dimensiones,
incluso de unas poquitas decenas de nanómetros,
y eso, utilizando los patrones adecuados,
son capaces de hacerlo a escala macroscópica, entre comillas.
Es capaz de hacer muchos elementos simultáneamente
en un tiempo y un coste razonables.
-Y ahora, en el grupo, ¿en qué estáis trabajando,
directamente relacionado con la Nanotecnología?
¿Cuáles son vuestras líneas de trabajo?
-En mi grupo trabajamos microscopía de fuerzas magnéticas.
Es decir, lo que hacemos es poner
un recubrimiento magnético a nuestra punta
y lo que queremos estudiar es simultáneamente la topografía,
o sea, la superficie de nuestras muestras
y su comportamiento magnético.
Tenemos varias líneas, en particular, dos.
Una que es hacia el desarrollo de este instrumento,
para hacerlo cada vez más sensible y con mayor resolución,
capaz, además, de separarnos interacciones
y de darnos informaciones adicionales.
Y, por otro lado, el estudio de elementos nanomagnéticos.
Es decir, elementos a escala nano,
que están hechos de materiales magnéticos,
y que, posiblemente, se podrían utilizar en un futuro,
para almacenamiento de información.
-Yo he visto imágenes espectaculares vuestras,
en las que se ven la cara norte y sur
de pequeñas barritas nanométricas y una estructura que, en el fondo,
está fabricada, no sé si autoorganizada
o lo habéis hecho a mano uno a uno.
¿Cómo es posible fabricar esta estructura ordenada?
¿Se hace sola?
¿Qué técnicas son de física, de química...?
-Tenemos las técnicas más físicas que son las que he mencionado antes
sobre dibujar tallando a escala nanométrica
y están las técnicas más de abajo hacia arriba,
donde se usan técnicas electroquímicas.
Y es el caso de estos nanohilos
que están crecidos sobre una membrana porosa, autoorganizada.
En este caso se pueden hacer superficies como de un cm²
simultáneamente, en un tiempo razonable,
y, desde luego, con muy bajo coste.
La ventaja es que uno puede elegir
las dimensiones longitudinales, el diámetro de los nanohilos,
y, por supuesto, el material de estos nanohilos.
-Entonces, si uno tiene la capacidad
de hacer pequeñas unidades de memoria magnética,
separadas pocos nanómetros, y de tamaños nanométricos,
es evidente que estos son
la antesala de los discos duros del futuro.
¿Qué densidades podremos tener de grabación?,
porque, esto va muy rápido, ¿cómo serán estos dispositivos?,
la gente ¿qué podrá tener dentro de 10, 15 ó 20 años en su bolsillo?
-El almacenamiento magnético, tal y como lo conocemos ahora
a base de un elemento magnético separado de otro,
de manera que cada uno de estos sea un bit magnético,
está llegando a su límite físico.
Ese límite superparamagnético,
no podemos reducir infinitamente el tamaño,
porque entonces, no es estable térmicamente
y no nos vale porque grabamos y al segundo se nos borra la información.
En ese sentido, hay nuevas técnicas como, por ejemplo,
utilizar las paredes, es decir, lo que separa un dominio de otro,
para almacenar información a base de almacenar paredes en un hilo.
Y eso hace que los diseños de lo que ahora conocemos como disco duro,
va a ser un poco diferente.
Y, en cuanto a cómo van a ser...
todas estas técnicas o tecnologías en el futuro.
Predecir es siempre equivocarse.
Pero yo creo que, en el futuro,
sobre todo lo que va a haber es unificación de aparatos.
No vamos a tener uno para televisión,
otro para móvil, otro para Internet...
Probablemente será algo que vayamos moviendo para usarlo.
-Bueno, la propiedad de espín, que es algo complicada de explicar,
ha dado lugar a lo que se llama la espintrónica.
¿Nos puedes hablar un poco sobre lo que es el espín y la espintrónica?
-La tecnología que ahora tenemos es la microelectrónica,
donde para transmitir información y para hacer un proceso lógico
tenemos que poner un voltaje, una corriente en determinadas puertas.
Eso se hace a través de electrones
que pueden tener, digamos, diferentes colores.
Si llamamos colores a estos espines
que son momentos que tienen en una dirección o en otra,
cada uno de nuestros electrones.
Si podemos poner colores a estos electrones,
desde luego, vamos a poder hacer más operaciones,
además podemos manejar externamente,
con un campo magnético, la dirección de estos electrones,
con lo cual podríamos apagar o encender determinadas puertas.
Y no es ciencia-ficción porque es lo que estamos usando
en las cabezas lectoras de nuestros discos duros.
Es algo que estamos usando ya, aunque no lo sepamos.
-Todo esto que cuentas,
junto con otras respuestas que están dando otras personas,
realmente abren un abanico muy grande de expectativas.
En realidad, ya estás mencionando ejemplos reales
de cosas que se están vendiendo de Nanotecnología,
pero, en realidad, no se ha hecho mucho ruido
y todavía hay pocas nueces.
Falta, todavía, mucho desarrollo.
¿En qué momento está el desarrollo de productos de verdad,
de Nanotecnología en el mercado?
-Depende de si hablamos de España o de otros países.
La Nanotecnología, yo creo que también ha sido un cambio
en ese tiempo típico de un desarrollo en un laboratorio,
o una idea feliz en un laboratorio, a un producto en el mercado.
De hecho, en el caso de la magnetoresistencia gigante,
que es en lo que se basan las cabezas lectoras de los discos duros,
eso fue de unos pocos años, mientras que, en general,
el tiempo que uno tarda en hacer realidad una idea es de muchos años.
Yo creo que, en eso, ha cambiado.
¿El cómo estamos nosotros situados ahí?
En España, la Nanotecnología,
quizás en determinadas áreas de Farmacia, de Biología,
sí que están más cercanos a las industrias
y son capaces de hacerlas realidad con más facilidad.
En el caso del magnetismo, en particular,
si uno quiere hacer algo tiene que buscar fuera de España,
para colaborar y que termine siendo una realidad.
-En otros países,
aparte de un gran impulso que se ha dado a las nanotecnologías,
a la par que se daba este impulso,
han aparecido ciertas reacciones en contra,
alarmadas por los posibles riesgos.
¿Cuáles crees que pueden ser los riesgos de la Nanotecnología?
-Se habla, por una parte,
de riesgos para la salud o riesgos medioambientales,
por el hecho de tener un tamaño de partícula,
para el que no están preparados
la mayor parte de los elementos que tenemos.
Ni los filtros de un agua...
nada está preparado para la Nanotecnología.
Pero yo creo que cada vez, en eso somos más conscientes,
todos los productos que salen tienen detrás unas pruebas,
que al menos intentan asegurar la viabilidad de esos productos.
También se habla de otros riesgos.
Al final, esto es un poder que se puede usar bien o mal.
Tienes unos desarrollos que puedes usarlos de una manera o de otra,
pero eso ya es cuestión de...
-¿Crees que es necesario hacer algún tipo de campaña especial
sobre la divulgación de Nanotecnología?
¿A qué nivel sería? ¿A quién iría dirigido?
-Yo creo que, en España, es esencial, por que...
a pesar de que los científicos,
como colectivo, estamos bien vistos,
eso no significa que la gente sea consciente
de qué es lo que se hace en nuestros laboratorios,
en qué se emplea el dinero
que el gobierno nos da para hacer todos estos desarrollos,
y yo creo que el conocimiento
de qué es lo que se hace en los laboratorios,
haría que estuviera mucho más cercano y mucho más apoyado,
desde la sociedad, todo nuestro trabajo.
Yo creo que, primero, hay que educar a la sociedad,
que poco a poco, eso llegará a los dirigentes.
Y, en ese sentido,
un punto de atención muy importante son los estudiantes,
tanto a nivel de primaria como secundaria y universidad.
En las universidades sí que están mucho más cercanos a nosotros.
¿Y los medios?
Los medios tiene que ser lo que nos exige la vida actual,
televisión, Internet, programas que sean atractivos,
que lleguen a los más pequeños y den una visión cercana.
Que cada uno pueda entender que todo eso de lo que disfruta,
de un móvil, de una tablet de última generación,
todo eso es gracias a que hay todo un esfuerzo detrás
y que en España también se hacen cosas en esa dirección.
-De acuerdo.
Encantado de tenerte en esta pequeña entrevista
y ya seguiremos en contacto.
-Bien. Muchas gracias.
En el próximo capítulo,
tendremos la oportunidad de hablar con José Ángel Martín Gago,
físico del Instituto de Ciencias de los Materiales del CSIC,
que nos desvelará los misterios de su investigación
en moléculas orgánicas sobre distintos tipos de materiales
y nos llevará por los laboratorios
donde actualmente están trabajando en esta línea de investigación.
Os esperamos. No os lo perdáis.