Electrones eficaces para nuevas pantallas

La televisión, el microscopio electrónico, las radiografías, una pantalla de ordenador, todos funcionan gracias a que hay un chorro de electrones que bombardea algo. ¿Es posible hacerlos mejores y más baratos? El reto está en producir el chorro de electrones más eficazmente. Un centenar de científicos explicaron en Toledo la semana pasada cómo han conseguido hacerlo, resucitando un viejo principio físico y combinándolo con la microelectrónica moderna. El resultado son aplicaciones en campos tan variados como las pantallas ultraplanas y la propulsión eléctrica de las naves espaciales. Que empre...

La televisión, el microscopio electrónico, las radiografías, una pantalla de ordenador, todos funcionan gracias a que hay un chorro de electrones que bombardea algo. ¿Es posible hacerlos mejores y más baratos? El reto está en producir el chorro de electrones más eficazmente. Un centenar de científicos explicaron en Toledo la semana pasada cómo han conseguido hacerlo, resucitando un viejo principio físico y combinándolo con la microelectrónica moderna. El resultado son aplicaciones en campos tan variados como las pantallas ultraplanas y la propulsión eléctrica de las naves espaciales. Que empresas e investigadores europeos colaboren para sacarles el jugo es el objetivo de este primer congreso de la Red Europea de Emisión de Campo (Eurofe).

El punto de partida de la estrategia seguida por los físicos reunidos en la Universidad de Castilla-La Mancha, en Toledo, es el fenómeno llamado emisión de campo: si se aplica un campo eléctrico lo bastante intenso a un metal, los electrones que fluyen libremente por la superficie metálica podrán escapar de ésta, de forma que se emite una corriente de electrones. Los científicos saben también desde hace décadas que es posible modular la densidad de esa corriente de electrones jugando con algo tan simple como la forma del metal: si el metal tiene forma de punta, por ejemplo, los electrones lo tienen mucho más fácil para escapar, y, por tanto, el campo eléctrico que hay que aplicar inicialmente es mucho menor. Basta con hacer una punta en el metal para que la corriente de electrones salga mucho más barata."El principio es simple y tan viejo como el pararrayos: la ley de las puntas", explica Pedro Serena, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid y uno de los organizadores del congreso. "Una punta -ya sea un pararrayos o un dedo- condensa el campo eléctrico, por eso funcionan los pararrayos y por eso los rayos pueden caer en las ovejas, cuyos pelos, sobre todo si están mojados, hacen las veces de puntas".

Si a esta idea se le añaden las técnicas actuales de microelectrónica, que permiten fabricar puntas metálicas de apenas milésimas de milímetro de altura, el resultado son diminutos chorros de electrones que necesitan un voltaje bajo. Eso equivale a poco consumo y muchas aplicaciones.

La variedad de asistentes al congreso demuestra este último punto. En Toledo había desde investigadores en física básica como Juan José Sáenz, de la Universidad Autónoma de Madrid, que estudia cómo varía el fenómeno de la emisión en función de la punta, hasta representantes de empresas europeas como Pixtech y PFE, estadounidenses como Motorola y la coreana Samsung.

El objetivo de la Red Europea de Emisión de Campo, financiada por la Fundación Europea de la Ciencia y la UE, es precisamente ése: "Poner en contacto grupos distintos y a las empresas con los laboratorios. Europa está por detrás de EEUU y Japón en este campo", afirma Antonio Correia, de la empresa CMP-Científica y uno de los organizadores.

Sensor con puntas

"La idea es echarle imaginación a las aplicaciones y ver si los ingenieros lo quieren hacer", dice Serena. Este investigador ha contactado con la española Construcciones Aeronáuticas (CASA) para investigar en un futuro sensor de campo magnético que sirva para los satélites en órbita terrestre, capaces de determinar su posición a base de detectar continuamente el campo magnético de la Tierra. "Un sensor de campo magnético mide los cambios en un chorro de electrones inducidos por el campo magnético; si podemos fabricar un sensor tan sensible como los actuales pero con puntas miniaturizadas de emisión de campo, se ahorra mucho peso, algo fundamental en los lanzamientos", explica.Otra aplicación discutida en Toledo fueron los microscopios electrónicos, que funcionan bombardeando una muestra con electrones acelerados que atraviesan una cámara de vacío. El voltaje que se aplica ahora para acelerar los electrones es de decenas de miles de voltios; eso los hace ir tan rápido que para que dé tiempo a curvar sus trayectorias -para enfocarlos a la muestra- se necesita una gran cámara de vacío. Con una punta hace falta un voltaje 10 veces menor y mucho menos espacio para enfocar los electrones. Conclusión: un microscopio más barato y pequeño.

Por el momento, la aplicación estrella de las micropuntas de emisión de campo -al menos la que más interés comercial está despertando- son las pantallas ultraplanas. Robert Baptist, del laboratorio francés LETI, donde se demostró por primera vez la posibilidad de hacer una pantalla de este tipo, monocroma, a finales de los ochenta, repasa el estado del arte: "Quedan problemas que resolver, pero nuestros productos son mejores que las actuales pantallas de plasma y de cristal líquido. Ya hay pantallas pequeñas en el mercado fabricadas con esta tecnología, pero el verdadero potencial está en las pantallas grandes".

Rayos X

Pixtech ya comercializa pantallas planas de emisión de campo de unos 15 centímetros para aplicaciones médicas y para coches. Una de sus ventajas es que resisten temperaturas extremas, mientras que las de cristal líquido simplemente se congelan. Baptist propone también dispositivos de emisión de campo para generar rayos X con usos médicos, por ejemplo. "Las aplicaciones son múltiples: dondequiera que haga falta un flujo de electrones".Otro ejemplo: los motores de propulsión eléctrica de las naves espaciales, que la NASA ha empleado ya en la misión Deep Space 1, lanzada el año pasado. Si la propulsión eléctrica, que se basa en ionizar a los átomos del combustible para que salgan despedidos en dirección contraria a la nave, se hace por emisión de campo, "se consigue un ahorro de combustible mucho mayor", explica Salvo Marcuccio, de la compañía italiana Centrospacio. "Es un tipo de propulsión idónea para misiones científicas muy sofisticadas o pequeños satélites".

De hecho, según Giorgio Saccoccia, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), cuatro misiones que esta agencia tiene en proyecto para principios del próximo milenio sólo serán posibles si se desarrolla la propulsión eléctrica por emisión de campo: Lisa, para detectar ondas gravitacionales; Darwin y Gaia, que buscarán planetas de tamaño similar a la Tierra, y Goce, un satélite de observación terrestre. "Las investigaciones van muy avanzadas; lo que nos falta sobre todo es hacer una prueba en vuelo y que la gente vea que funciona.

Pero en el espacio la emisión de campo puede ser también un inconveniente. Ése es el fenómeno que origina los problemas de los satélites cuando hay una tormenta magnética: los instrumentos se ven inmersos en un mar electrónico más intenso del que pueden soportar. David Raboso, de la ESA, desarrolla junto con la Universidad Autónoma de Madrid un experimento para medir la intensidad habitual del campo eléctrico en distintas zonas del espacio en torno a la Tierra, para que los futuros satélites ajusten su protección según la órbita a la que vayan a volar. El experimento se llama Leedex (siglas de Low Energy Electron Density Experiment) y volará en el 2001.