La ciencia de lo infinitamente pequeño

SAN CARLOS DE BARILOCHE.- Afuera no cesa de llover. A la distancia, las montañas que se alinean sobre la orilla más lejana del Nahuel Huapí se hunden en la bruma. La ruta que bordea el lago, los bosques de cohihues, todo está teñido de tonos plomizos y el día parece derivar lentamente hacia el anochecer. Pero dentro de los amplios laboratorios del Centro Atómico Bariloche (CAB) y el Instituto Balseiro, el ajetreo es constante.

Laura Steren llega agitada. La Aduana, en Buenos Aires, retiene un equipo que acaba de importarse. Karen Hallberg regresa de un congreso en los Estados Unidos. Eduardo Jagla se dirige a dar clase. Alejandro Fainstein recorre estos pasillos como lo hace desde su niñez (su padre y su hermano, también físicos, estudiaron e investigan aquí) hasta su laboratorio de espectroscopía óptica , con equipos de alta tecnología que utiliza para estudiar la estructura electrónica de sólidos disparándoles potentes haces de láser (6000 veces más potentes que el que emite un puntero).

Ellos, Hernán Pastoriza, Julio Guimpel, Roberto Zysler y Oscar Grizzi integran el proyecto de nanociencias del Instituto Balseiro. Son seis grupos que incluyen 27 investigadores y 20 alumnos graduados o que están realizando sus tesis de maestría o doctorado en nanotecnología, la disciplina que estudia las propiedades de la materia en los infinitesimales dominios del átomo y que, a través de la miniaturización, promete aumentar exponencialmente la capacidad de las computadoras, fabricar motores del tamaño de moléculas, compilar enormes bibliotecas en un dispositivo del tamaño de un terrón de azúcar o producir materiales con resistencia diez veces superior a la del acero y sólo una fracción de su peso.

El grupo, que se conformó hace algo más de dos años, ya produjo 46 publicaciones internacionales. "Aquí existe una masa crítica muy importante -afirma Alejandro Fainstein-. Gracias a que tenemos gente formada en diversas áreas, podemos encarar un trabajo interdisciplinario."

El mundo nano

Hace alrededor de un siglo, Einstein demostró en su tesis de doctorado que una molécula de azúcar mide un nanómetro ; es decir, la millonésima parte de un milímetro. Esta medida -que es más o menos la milésima parte de lo que mide una bacteria y cabe un millón de veces en la cabeza de un alfiler- es, precisamente, la unidad de los nanotecnólogos.

Es imposible fabricar nada de menor tamaño. Pero debido a que en esas escalas las propiedades eléctricas, químicas, mecánicas u ópticas de la materia son diferentes a las que rigen nuestra realidad cotidiana, esta disciplina de la ciencia se convirtió en los últimos años en una de las áreas de más rápido crecimiento ( ver recuadro ).

Como explica Gary Stix, en un número especial de Investigación y Ciencia, el mundo nano está situado en la misteriosa frontera que se ubica entre las moléculas y los átomos individuales -regidos por los caprichos de la mecánica cuántica- y la realidad que todos conocemos, donde las propiedades de los materiales resultan del comportamiento colectivo de miles de millones de átomos. Sus promesas parecen más propias de la ciencia ficción que de la ciencia, a secas: micromáquinas en escala atómica que vibran para que se abra un air bag , corrales cuánticos que encierran electrones, alambres que estiran átomos...

Así las cosas, el Balseiro y el Centro Atómico Bariloche constituyen probablemente el centro de física aplicada más importante del país, no sólo por su capital humano, sino también por el que a lo largo de décadas se concentró en equipamiento.

Por eso, y porque se contaba ya con un grupo humano interdisciplinario, los científicos decidieron unir fuerzas para organizar un centro internacional reconocido, incentivar la interdisciplinariedad, interactuar con la industria y desarrollar nuevas tecnologías y dispositivos.

El grupo desarrolla, por ejemplo, proyectos como los de Hernán Pastoriza y Julio Guimpel, que utilizan luz para definir estructuras de cinco a diez micrones (diez millonésimas de metro). Y aceleran electrones con un microscopio de barrido para crear diseños de decenas de angstroms (diez mil millonésimas de metro).

Otro trabajo consistió en ubicar pequeñas partículas magnéticas ordenadamente sobre un cristal. "Son particulas de hierro de 200 nanómetros (millonésima de milímetro) de diámetro, a un micrón de distancia entre una y otra, ubicadas sobre un cristalito de doce micrones por doce micrones", aclaran, sin inmutarse.

En su laboratorio -el único de su tipo en el país-, Fainstein estudia materiales a través de la espectroscopía óptica: "Es como golpear algo con un martillo para saber si es duro -explica-. En nuestro caso, el martillo que usamos es la luz, láseres de distintos colores. Es decir, tenemos la posibilidad de ir modificando el martillo".

Al dispararle un haz de láser, la muestra se altera y se pueden conocer sus propiedades físicas a partir de la luz que refleja. El espectrómetro la separa en sus colores constitutivos y mide cuánta llega de cada color. "Ya podemos detectar cada fotón que llega al espectrómetro -describe el científico-. Ahora queremos capturar una única molécula y estudiar sus propiedades ópticas utilizando técnicas de confinamiento de la luz."

Medicina y electrónica

Otro de los temas que aborda el grupo del Balseiro es el de registro magnético. "Es un área que tiene aplicaciones en medicina, por ejemplo. Al ser tan chiquitas, las partículas nanométricas magnetizadas cambian sus propiedades físicas -explica Roberto Zysler-. Parte de nuestro trabajo consiste en entender cómo se forma el magnetismo y cómo rota la magnetización dentro de esa misma partícula, un conocimiento fundamental para todas esas aplicaciones."

Laura Steren estudia films magnéticos y sus propiedades eléctricas: "Es la tecnología de más alto vuelo y tiene aplicación en la industria informática, ya que los discos rígidos de las computadoras están cubiertos precisamente por películas magnéticas. Para lograr más capacidad de almacenamiento, la información se guarda en zonas cada vez más pequeñas. También existen otras aplicaciones más terrenales. Por ejemplo, los caños de petróleo son de acero, que tiene magnetismo. Cuando hay fisuras, la señal magnética cambia. Se están desarrollando dispositivos infinitesimales que van censando esas fisuras. Otra industria que está usando este tipo de sensores es la industria automotriz".

El grupo de nanociencias del Centro Atómico Bariloche y el Instituto Balseiro recibe subsidios de las fundaciones Antorchas, Balseiro, Humboldt y Guggenheim, entre otras. Sin embargo, y más allá del apoyo actual, le es difícil escapar a las penurias generales. "Se podría decir que, en cuanto a la infraestructura estamos bastante bien, pero tendríamos que dar un salto cualitativo. Y, claro, uno se pregunta qué va a pasar de ahora en más", reflexiona Fainstein.

Por Nora Bär

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