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martes, 29 de julio de 2008

Nanotecnología (...o la manipulación de lo más pequeño)

Desde Suecia, Núria Albet, reconocida investigadora en el ámbito de la Física, nos envía el siguiente artículo (moltes gràcies!):


Para empezar quiero citar la frase de un gran visionario. El primer hombre que creyó que la nanotecnología tal como se entiende actualmente podía ser posible. Richard Feinmann dijo “There is plenty of room at the bottom”. Y es verdad! Para eso necesitamos nuevas técnicas para descubrir este espacio. Hoy os voy a hablar de algunas de ellas. ¡Yo las utilizo en mi trabajo y me tienen totalmente alucinada!
Primero tengo que decir que las técnicas empleadas anteriormente como los microscopios ópticos no se pueden usar en el nanomundo ¿Por qué? Pues porque la longitud de onda de la luz visible va de unos 300 a 1400 nm (nanómetros). Si queremos mirar cosas más pequeñas que 300 nm no es físicamente posible utilizar la luz (¡no es un límite de la tecnología sino de las leyes físicas!).
Una alternativa es usar el microscopio electrónico. Se trata de un microscopio que en vez de bombardear el objeto a observar con fotones (como se conocen las partículas de luz) lo bombardea con electrones, que pueden tener una longitud de onda asociada (la dualidad onda-partícula que comenté en un post anterior) suficientemente pequeña como para aumentar el objeto unas 2 millones de veces! (los microscopios ópticos no aumentan más que unas 2000 veces).
Esta misma técnica para observar también se puede usar para construir. Bombardeando los electrones en zonas específicas de superficies se pueden “dibujar” estructuras realmente pequeñas. Esta técnica se conoce como Electron Beam Lithography.
Pero los electrones también tienen un límite. Una técnica desde mi punto de vista mucho mejor para observar superficies se llama Atomic Force Microscopy (microscopio de fuerza atómica). Voy a intentar explicar resumidamente como funciona, ¡es realmente difícil de creer si no lo ves! El microscopio “siente” la fuerza que los átomos de la superficie ejercen sobre los átomos de una punta que escanea la superficie. Comparando sería como una persona con los ojos cerrados que pasase su dedo por encima una superficie notando los minúsculos surcos de ésta.




Así, se sitúa una punta afilada de unos pocos átomos de diámetro en su extremo a una micropalanca, como si fuese una aglomeración en forma puntiaguda de átomos en el extremo de un trampolín. La punta se posiciona muy cerca de la superficie con ayuda de unos motores muy precisos hechos de un material piezoeléctrico (que se curvan con la aplicación de voltaje). Entonces ésta se empieza a mover lateralmente encima de la superficie, muy cerca pero sin tocarla, y las fuerzas de repulsión y atracción de los átomos tan cercanos hacen que la micropalanca se flexione. Este movimiento es amplificado con la ayuda de un láser y un sensor y así la topografía de la superficie puede ser estudiada.
Con una técnica muy parecida (STM, scanning tunneling microscopy) pero que además utiliza la propiedad cuántica de los electrones que se llama “tunneling” (si hay alguien interesado podría escribir otro post sobre esta propiedad cuántica) se hicieron estas imágenes impresionantes ¡Con esta técnica no tan sólo se observaron sino que se movieron átomos individuales!


La primera imagen es un círculo de átomos de hierro que colocaron en una superficie de cobre. Las ondas en medio muestran la propiedad cuántica de la dualidad onda-partícula de los átomos.


La segunda es el carácter kanji para átomo escrita con … átomos, ¡cómo no!
Éstas son solamente algunas de las muchas técnicas de la nanotecnología. Pero otro día os hablaré de la bionanotecnología. Bonita palabra... pero, ¿qué significa? Pues es una mezcla de las palabras biología y nanotecnología. La nanotecnología de los elementos biológicos, como proteínas por ejemplo. Y para terminar otra (gran) cita del genio Feynman: “Allí en el vino se encuentra la gran generalización: toda la vida es fermentación. Aunque, por conveniencia, nuestras pequeñas mentes dividan este vaso de vino, este universo en partes -física, biología, geología, astronomía, psicología y demás- es bueno recordar que ¡la naturaleza no lo sabe! Así que volvamos a situarlo todo en su sitio, sin olvidar en última instancia para qué sirve. Permitámonos un placer final: ¡bebámoslo y olvidémoslo todo!”

(Núria Albet - Emboloca que fa blog - en algún lugar de Suecia)

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7 comentarios:

  1. Vaya la de cosas que se aprenden en vuestro blog, aquí me mantengo al día :)

    Besos 5

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  2. ¿Es posible que tales supermicroscopios ahonden en esos nanoespacios alterando los mismos?: es decir dibujan unas estructuras que realmente no existen, o no son las originales(pues estamos alterando las estructuras atómicas en la propia observación), y que por tanto, nunca conoceremos.

    A reveure (potser dic bajanades)

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  3. Sese, no son bajanades!
    Es muy interesante lo que dices, de hecho, en el mundo cuántico existe lo que se llama el principio de indeterminación de Heisenberg. Éste dice que no se puede observar en el mismo momento 2variables físicas, como por ejemplo la posición y la velocidad de una partícula. La propia observación interactua con la partícula y la modifica. Es el dilema del observador "contaminando" el resultado.
    Pero en las técnicas como el EBL por ejemplo, se dibujan estructuras relativamente grandes y este efecto ya no tiene tanta importancia. En las 2 imágenes últimas que se obserban cosas más pequeñas el problema ya es más de concepción. Donde está el límite entre que una cosa es y no es? La materia no es como parece, cuando agarras un vaso es rígido y tiene unos límites físicos muy delimitados. Pero en realidad si miras de muy cerca la materia está muy vacía y un átomo no tiene exactamente 1Å de diámetro sinó que su propiedad de onda hace que sus efectos lleguen teóricamente hasta el infinito. O sea, que el mundo no son un conjunto de mini bolitas unas al lado de otras sino una superposición de información. Sí, ahora mismo, los átomos que están centrados en mi cuerpo tienen probabilidad también (aunque casi nula) de estar en el tuyo. Parece una religión de alguna secta rara, pero es ciencia.

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  4. que tengas un excelente mierocles, abrazos

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  5. A Stargate Atlantis, apareixen els nanitos, que son un conjunt d'atoms , partícules i no se que mes, que s'inocula en un ser per a modificar la seva conducta. Interactuan amb les cel.lules del receptor i modifican el seu comportament modificant així i model.lant a gust del que els incorpora les "prestacions" de l'individu.

    Soposo que aquesta idea es basa en el que expliques...

    Reconec que em perdo amb les teves explicacions, però penso que com a mínim agafo el fil i les trobo molt interessants. Sempre he sentit en tertulies o llegint artícles que si hi ha un camp de la ciéncia per explotar i que es considera que ha de ser la nova revolució cientifica es la nanotecnología ... a nivell médic, militar, industrial etc... Ets una pionera !!!

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  6. I que s'ha de dir sobre l'amenaça de la "Cosa gris" (crec que es deia així). Això vol dir nanomàquines que es reprodueixen soles constantment, fins cobrir tot el planeta.

    Seria interesant un article sobre aquest tema, perque jo he perdut la son.

    Dani Crespo

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  7. Realmente te agradezco esta publicación, pues siempre me pregunté como se podrían "observar" elementos de dimensiones tan pequeñas.

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