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Crearon un microscopio que ve átomos
Lo diseñó un grupo de investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA y supera las anteriores tecnologías
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La posibilidad de ver lo infinitamente pequeño siempre fue un desafío para los científicos. En los últimos años se desarrollaron algunos microscopios capaces de develar las formas de las moléculas y algunos llegan, incluso, a observar los átomos. Pero tienen sus limitaciones.
Por eso, un equipo de físicos de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA) ha puesto a punto un microscopio novedoso que combina técnicas conocidas y podría observar en detalle, por ejemplo, material biológico.
"Este aparato combina la técnica del microscopio de efecto túnel con el láser", señala el doctor Oscar Martínez, director del Laboratorio de Electrónica Cuántica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.
La técnica conocida como efecto túnel fue desarrollada en 1981 por Gerd Binning y Heinrich Rohrer, dos físicos de Zurich que ganaron el Premio Nobel de Física en 1986. Este microscopio consiste en una punta muy fina que, como si fuera la púa de un antiguo tocadiscos, va recorriendo la superficie del material que se desea estudiar y va leyendo las características de esa superficie. Tanto la punta como la muestra son conductoras de la electricidad, y por un efecto físico (llamado, precisamente, túnel) circula corriente entre ambas, aunque no estén en contacto. La cantidad de corriente que circula depende de la distancia entre púa y muestra. Se trata, por supuesto, de distancias atómicas. Si la punta se aleja, la corriente es menor; si se acerca, es mayor.
El sistema se conecta con una computadora y tiene un software que va fabricando una imagen en función de las diferencias de corriente. De este modo es posible obtener una foto de la superficie de una muestra y ver cómo están dispuestas las moléculas.
Las diferencias de corriente dan idea de la rugosidad de la superficie, de sus colinas y valles. Sería como tomar una imagen aérea de una zona montañosa.
Un paso adelante
La limitación que tiene el microscopio de efecto túnel es que los materiales que pueden observarse deben poseer ciertas particularidades, como, por ejemplo, poder conducir la electricidad. Pero, además, debe tratarse de un elemento que no se oxide, como el oro, el platino o el grafito. Estos requisitos excluyen el material biológico y muchos otros, lo que ha llevado a los investigadores a la búsqueda de nuevas técnicas.
Por esta razón, los creadores del microscopio de efecto túnel lo adaptaron para poder observar superficies de materiales no conductores. De allí surgió el microscopio de fuerza , que mide fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas. La punta es un cristal pequeño que está suspendido sobre una especie de resorte. Si se acerca la punta a la muestra, la punta resulta atraída o repelida. Esta atracción provoca un movimiento que es posible detectar y medir. De este modo, al registrar cuánto sube o baja la punta, se obtiene también un mapa de la rugosidad de la superficie.
Las posibilidades del láser
En el caso del microscopio de efecto túnel se miden corrientes eléctricas; en el caso del de fuerza, se miden fuerzas de atracción o repulsión. El nuevo equipo desarrollado en este laboratorio combina la aguja sensora del microscopio de túnel con un rayo láser que la ilumina. La luz se refleja en la muestra y lo que se mide es la cantidad de luz reflejada.
Un microscopio óptico no puede ver objetos muy pequeños por la limitación que impone la longitud de onda de la luz visible: es unas 2000 veces mayor que el diámetro típico de un átomo. Por lo tanto, querer ver un átomo con luz visible es como querer enhebrar una aguja con una soga.
En el caso del microscopio que utiliza la luz del láser, lo que posibilita ver los átomos es un fenómeno físico, que se conocía desde hace unos años, pero nunca se había medido. Según Martínez, consiste en que, al iluminar una aguja metálica, debido a un efecto físico vinculado con la geometría de la punta, la luz se hace un millón de veces más intensa. La punta metálica se comporta como una lupa que amplifica la intensidad de la luz.
"Si ilumino una muestra y me fijo qué fracción ilumina cada átomo, no lo puedo distinguir, pero si intensifico la iluminación un millón de veces en una región muy pequeña, puedo ver el átomo que se encuentra en esa ubicación", explica Martínez. La intensidad, al aumentar un millón de veces, equivaldría a un millón de lamparitas encendidas, pero puestas todas en el mismo punto. "Sería como tener en una lamparita toda la central de Atucha", intenta ejemplificar el investigador.
El nuevo microscopio desarrollado en Exactas introduce otro parámetro de medición; ya no se trata de la corriente que circula o la fuerza de atracción. En este caso, se mide la luz que se refleja en la muestra.
Todos estos microscopios tienen interesantes aplicaciones. "Un área de estudio es el de la ciencia de materiales, donde el desafío es mejorar las superficies que se corroen o sufren rozamiento", explica Martínez. Otra es la de la industria de la microelectrónica.
Martínez no está interesado en patentar el nuevo aparato. "Lo vamos a ofrecer para investigación, haciendo convenios con los grupos que lo necesiten", indica. "Actualmente hay grupos en los Estados Unidos, Japón e Italia que están trabajando en el tema. Pero nosotros, por el momento, tenemos la delantera", concluye.
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