La Nanociencia y la Nanotecnología

            El nanomundo es un ámbito
fascinante de estudio e investigación repletos de objetos diminutos, que debido
a su nanotamaño se escapa de nuestras percepciones, pero están más cerca de lo
que pensamos, en lugares muy próximos y objetos cotidianos ¿pero, lo podemos
percibir visualmente? ¿a qué nos referimos con diminuto?

Para dar una idea del tamaño de lo que estamos hablando un nanómetro es
diez elevado a la menos nueve metros (10 elevado a -9=0,000000001 metros). o lo que es lo mismo un nanómetro es la mil millonésima
parte de un metro y la millonésima parte de un milímetro ( 1.000.000 nanómetros).

            La nanociencia y la
nanotecnología son las áreas claves hoy en día para develar a través de la
observación y el análisis el comportamiento de la materia, cuando esta se
presenta en un formato en el que al menos una de sus dimensiones tiene tamaño
nanométrico.

¿Cómo se puede acceder a este mundo diminuto? Durante los últimos siglos la
ciencia ha ido dotando instrumentos que permiten profundizar en estos mundos
más pequeños, primero fue posible acercarse a los recónditos parajes de
micromundo y gracias a la ciencia  y al
desarrollo de las nuevas tecnologías con, el microscopio de efecto túnel.

El microscopio de efecto túnel (SMT,
del inglés scanning tunneling microscope) es un instrumento no óptico que se
sirve de los principios de la mecánica cuántica para “ver” superficies, es
decir, para obtener información relativa a su estructura con una punta metálica
afilada, con un radio de unos pocos nanómetros (terminada en un átomo)
Que se
mueve sobre la superficie del material a estudiar.

Este microscopio se aplica entre la
punta y la superficie, de manera que los electrones saltan por efecto túnel de
la punta a la superficie (o de la superficie a la punta, dependiendo de la
polaridad), lo que da lugar a una corriente eléctrica débil, cuyo valor depende
exponencialmente de la distancia entre la punta y la muestra, esta dependencia
exponencial es, precisamente, la que permite registrar cambios de hasta 0.05 nm
en la distancia punta-muestra.

La toma de medidas depende
exponencialmente a los movimientos de la punta se realizan mediante un
dispositivo piezoeléctrico y son controlados por el usuario a través de las
interfases correspondientes por ejemplo, mediante un PC de sobremesa, en
principio, para que se establezca una corriente túnel, la muestra ha de ser
metálica o semiconductora, el microscopio túnel de barrido ofrece imágenes de
superficies, con resolución atómica. Básicamente, el proceso consiste en
realizar un barrido sobre la muestra a intensidad de corriente túnel constante.
                          

El sistema de control electrónico sube
o baja la punta (o la muestra), de modo que sea capaz de medir la intensidad
túnel prefijada, produciendo así una imagen fiel de la densidad electrónica de
la superficie barrida y, por lo tanto, de la disposición geométrica de los
átomos (topografía atómica).

El microscopio de efecto túnel
permite, además, manipular átomos individualmente para construir estructuras
artificiales átomo por átomo . Para poder realizar la manipulación atómica hay
que ajustar convenientemente parámetros como el campo eléctrico, la corriente
túnel y las fuerzas de van der Waals entre la punta y la muestra.

Las fuerzas de van der Waals (es la
fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o entre partes de una misma
molécula) distintas a aquellas debidas al enlace covalente o a la interacción
electrostática de iones con otros o con moléculas neutras) se pueden ajustar
variando la separación punta-muestra. La manipulación puede realizarse lateral
y verticalmente. En la manipulación lateral, el átomo es movido con la punta
por la superficie hasta la posición deseada, sin perder contacto con aquella.
En la manipulación vertical, el átomo se recoge con la punta y es movido hasta
la posición deseada, donde se vuelve a soltar con los cuales ha sido posible
explorar y manipular todo tipo de nanobjetos.

Ese fascinante viaje a lo diminuto ha ido descubriendo un paisaje
sorprendente formado por átomos, moléculas, nanoparticulas, tubos de carbono,
proteínas, virus, grafeno con comportamientos y propiedades diferentes a las
que nos encontramos con otras escalas. La investigación científica en este
ámbito está siendo fundamental para el desarrollo de nanomateriales,
nanodiapositivos y estrategias de fabricación que van a permitir evolucionar la
manera de comunicarnos, trasportarnos, diagnosticar y tratar enfermedades,
producir y almacenar energía, detectar y eliminar contaminación, hasta
construir nuestros hogares; sin duda una nueva revolución industrial con
grandes implicaciones sociales tal y como argumenta Pedro A.
Serena Domingo¹, doctor en ciencias físicas por la Universidad Autónoma
de Madrid:  “ha sido un avance muy considerable en la
ciencia el poder tratar cosas con dimensiones muy pequeñas manipulables,
cambiarlas de sitio, combinar las formas, al manejar átomos a escalas
moleculares o individuales. Esto era algo inimaginables hace 20 años sin
ir mucho más lejos”.