Nanotecnología (nano / n)
Como introducción, podemos decir que es el desarrollo y producción de artefactos en cuyo funcionamiento resulta crucial una dimensión de menos de 100 nanómetros (1 nanómetro, nm, equivale a 10-9 metros = 0,000.000.001 mil millonésimo de metro). Se espera que, en el futuro, la nanotecnología permita obtener materiales con una enorme precisión en su composición y propiedades. Estos materiales podrían proporcionar estructuras con una resistencia sin precedentes y ordenadores o computadoras extraordinariamente compactos y potentes. La nanotecnología podría conducir a métodos revolucionarios de fabricación átomo por átomo y al empleo de cirugía a escala celular.
El 29 de diciembre de 1959, el físico estadounidense Richard Feynman dio una conferencia ante la American Physical Society titulada “Hay mucho sitio en lo más bajo”. En aquella conferencia, Feynman trató sobre los beneficios que supondría para la sociedad el que fuéramos capaces de manipular la materia y fabricar artefactos con una precisión de unos pocos átomos, lo que corresponde a una dimensión de 1 nm, aproximadamente. Feynman pronosticó correctamente, por ejemplo, el impacto que tendría la miniaturización sobre las capacidades de los ordenadores electrónicos; también predijo el desarrollo de los métodos que se emplean en la actualidad para fabricar circuitos integrados, y la aparición de técnicas para trazar figuras extremadamente finas mediante haces de electrones. Incluso planteó la posibilidad de producir máquinas a escala molecular, que nos permitirían manipular moléculas. Cuarenta años después de aquella conferencia, los expertos que trabajan en el campo de la nanotecnología están empezando a poner en práctica algunas de las ideas propuestas originalmente por Feynman, y muchas más que no se previeron entonces.
Para captar intuitivamente la longitud de un nanómetro, consideremos un cabello humano. Típicamente suele tener un espesor de unos 100 micrómetros (µm). Una bacteria normal es unas 100 veces más pequeña, con un diámetro de alrededor de 1 µm. Un virus del resfriado común es aproximadamente 10 veces menor, con un tamaño de unos 100 nm. Una proteína típica de las que componen la envoltura de dicho virus tiene unos 10 nm de espesor. Una distancia de 1 nm equivale a unos 10 diámetros atómicos, y corresponde a las dimensiones de uno de los aminoácidos que componen esa proteína. Por tanto, puede verse que 1 nm supone una tolerancia dimensional extremadamente pequeña, pero ya hay varias tecnologías que están próximas a alcanzarla.
La revolución nanotecnológica
La revolución nanotecnológica, se asocia, por una parte, a la "fabricación molecular" cuya viabilidad tendría un impacto enorme en nuestras vidas, en las economías, los países y en la sociedad en general en un futuro no lejano. Entre los efectos, destacan sus potenciales impactos en la medicina, la biología, el medioambiente, la informática, la construcción... En la actualidad los principales avances prácticos ya se dan en algunos campos: nanopartículas, nanotubos. Los progresos - más cuestionados- en materia de nanorobots y autoreproducción son objeto de polémica entre los expertos... Lo que no cabe duda es que la revolución ha comenzado. Y también el debate sobre sus beneficios y riesgos. En euroresidentes queremos contribuir a difundir toda la información útil a los interesados en un tema de la mayor relevancia científica y social.
¿La nanociencia nos lleva a una segunda revolución industrial? ¿Cómo afectará a sectores estratégicos como las telecomunicaciones, la biotecnología, la ecología, la arquitectura, la medicina, la industria de la defensa, los textiles? ¿Qué ventajas y desventajas tiene para la humanidad? ¿Una informática - una nueva computación- con ordenadores que no gastan casi energía y trabajan millones de veces más rápidos? ¿Nanosensores centinelas dentro del cuerpo humano capaces de detectar las primeras células cancerígenas y su destrucción? ¿Arquitectura de moléculas y átomos para nanomáquinas y materiales inteligentes de propiedades asombrosas? ¿La administración de los riesgos y peligros? ¿Los previó Richard Feynman al sugerirnos este campo? ¿Alterará nuestras costumbres, nuestra conducta? ¿Revivirá la metafísica? En resumen ¿ciencia-ficción, utopía, realidad?
Nanotubo de carbono
Nanocables control a nivel del átomo individual
Científicos de Suecia han descubierto nuevos modos de controlar el crecimiento y la estructura de nanocables a nivel del átomo individual. Sus hallazgos, que permiten comprender a fondo la física de materiales, han sido el resultado del proyecto NODE («Nanowire-based one-dimensional electronics») , que recibió una financiación de aproximadamente 9,5 millones de euros del Sexto Programa Marco (6PM) de la UE. Este estudio se publica en el número de enero de la revista Nature Nanotechnology.
Los nanocables, conocidos también como «hilos cuánticos», son estructuras de átomos individuales producidas únicamente en laboratorios. Los nanocables semiconductores son prometedores para la nanoelectrónica, entre otras cosas,
la que podrían ser utilizados para conectar componentes minúsculos dentro de circuitos extremadamente pequeños en una «computadora molecular».
La mayoría de materiales semiconductores solían provocar en los nanocables irregularidades y fallos a medida que crecían. Estos defectos tienen un impacto negativo sobre las propiedades electrónicas y ópticas del material. En esta investigación reciente, los científicos utilizaron arseniuro de indio (InAs), un material valioso en la nanoelectrónica, el transporte de electrones y la spintrónica, para determinar cómo podría controlarse mejor la estructura de los nanocables. «Dos de los parámetros clave que se necesitan para controlar la estructura cristalina son el diámetro de los nanocables y la temperatura a la que estos se fabrican», explica Kimberly Dick, coautor del estudio, de la Universidad de Lund (Suecia). «Pero, en total, hay unos diez o doce parámetros diferentes que deben ser controlados al producir los nanocables». Los investigadores desarrollaron nanocables de diez a cien nanómetros de diámetro y de unos pocos micrómetros de longitud, y lo hicieron «cociendo» el material en su forma gaseosa y utilizando «semillas» de oro microscópicas para comenzar a crear el cable. El diámetro del cable se controlaba mediante el cambio de tamaño de la semilla. Así, lograron demostrar que es posible controlar el crecimiento de los nanocables y, de este modo, reducir drásticamente las irregularidades. Asimismo, crearon diferentes estructuras cristalinas del mismo material variando la temperatura entre 400 y 480 grados centígrados.
Mediante una sintonización selectiva de la estructura cristalina de InAs, pudieron fabricar «supergrillas» muy fuertes dentro de nanocables individuales de manera sistemática.
Los científicos demostraron que es posible fabricar nanocables sin defectos o imperfecciones, y que se puede alternar entre estructuras cristalinas diferentes a lo largo de un nanocable individual. Estas nuevas técnicas, que los autores creen que pueden aplicarse a otros materiales semiconductores, abren las puertas a los investigadores para el desarrollo de nuevas funciones para los nanocables.
El estudio proporciona pruebas experimentales para una teoría que ha sido ampliamente debatida. Según este estudio, «a pesar de que muchos autores han propuesto una estructura cristalina dependiente del diámetro, ésta es la primera vez que se ha demostrado tal efecto de forma experimental, con un alto nivel de control». Las imágenes de microscopio de los electrones muestran que la disposición de los átomos en el cristal del nanocable se corresponde exactamente con simulaciones teóricas. Según el profesor Lars Samuelson, también de la Universidad de Lund, «los resultados obtenidos aquí establecen nuestra posición en esta área de ciencia y tecnología y proporcionan una credibilidad mayor a nuestras ambiciones». Los autores esperan que sus hallazgos puedan conducir a desarrollos en la emisión de luz y las aplicaciones de células solares.
(CORDIS-06/01/ 09).-Más información: Nature Nanotechnology:)
