Un innovador aparato ha llegado a Donostia de la mano del CIC Nanogune. El grupo Nanoimaging de este centro de investigación, dirigido por José Ignacio Pascual, estudia la materia a escala atómica con el reto de sentar las bases de la electrónica del futuro, para lo que cuenta con tres microscopios «singulares» capaces de ver y mover átomos y moléculas.

Durante una visita guiada al CIC Nanogune, Pascual, que hace menos de un año se trasladó a Donostia para proseguir con su carrera tras transcurrir los últimos años en Alemania, explicó que cuando se trabaja a escala atómica, la materia se comporta de forma diferente y la física presenta situaciones «interesantes». Todo ello exige, sin embargo, unos requerimientos técnicos muy importantes y el Grupo Nanoimaging cuenta con los medios técnicos, tres grandes microscopios, y humanos para poner todo ello en práctica.

Las propiedades que tienen los materiales dependen de las de los átomos que los forman y de cómo éstos se ordenan, según relató Pascual, y su objetivo es investigar las propiedades de los átomos individuales o en nanoestructuras, y diseñar estrategias para ensamblarlos en nuevos materiales que optimicen su comportamiento en funciones tan dispares como la electrónica, el magnetismo o la catálisis.

Asimismo, el director del Grupo Nanoimaging señaló que algunas de las aplicaciones que podrían ser fruto de la investigación de este grupo son los dispositivos electrónicos del futuro desarrollados a partir de nuevos materiales.

No hay otro en el mundo

El grupo de investigación de Pascual ha diseñado y construido uno de sus tres microscopios, que cuenta con la singularidad de ser «único en el mundo». Se trata de un microscopio que puede medir las propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas a escala atómica. El microscopio, que está operativo desde enero en uno de los laboratorios del sótano de Nanogune, permite además mover átomos y moléculas una a una.

El aparato utiliza una punta muy afilada como sonda para acercarse a un átomo o molécula sobre una superficie y para medir la corriente túnel, electrones que saltan de la punta a la muestra. Estos electrones cumplen la función que tiene la luz a escala más grande, por un lado les permite ver los átomos y por otro, conocer sus propiedades.

Este microscopio opera en unas condiciones de temperatura y vacío extremas, y es que a temperatura ambiente, los átomos tienen mucha energía y no paran de moverse, por lo que sería imposible estudiarlos y manipularlos uno a uno. Así que el grupo de Pascual ha tenido que acoplar el microscopio a un tanque de helio líquido, un criostato de helio, para trabajar a 269 grados bajo cero.

Además, el microscopio permite trabajar con materiales que no sean conductores de electricidad, gracias a que el equipo ha acoplado su punta a un pequeño diapasón de cuarzo. El diapasón hace que esta máquina no solo funcione como un microscopio de efecto túnel, sino también como un microscopio de fuerzas atómicas. Así, pueden medir la fuerza con la que los átomos se atraen, fundamental para investigar la dureza de los nanomateriales.

Un segundo microscopio de efecto túnel situado también en uno de los laboratorios de Nanogune trabaja aún a temperaturas más bajas. Este microscopio permite estudiar problemas relacionados con el magnetismo en átomos individuales.

Nuevos horizontes

En un laboratorio contiguo se encuentra el tercer microscopio de fuerza atómica. Se trata de una herramienta colaborativa que «permite estudiar sistemas más grandes que no requieren de las condiciones de frío y vacío necesarias para trabajar con átomos individuales», según reveló Pascual.

Con este instrumento, el grupo de Nanoimaging aporta su experiencia en microscopia al resto de grupos de Nanogune, ampliando su área de investigación original a los campos de la nanoóptica, los nanomateriales, los nanodispositivos, y un largo etcétera.

El trabajo del grupo de Pascual se centra en explorar los límites fundamentales de la ciencia para extender el conocimiento y sentar las bases para la tecnología del futuro. Además, «existen productos tecnológicos directamente relacionados con la instrumentación empleada en nuestra investigación y que podrán ser desarrollados aquí», concluyó el director de Nanoimaging.