El despertar de las moléculas

Concebidas como especies químicas formadas por la unión de átomos, físicos, químicos e ingenieros, además de expertos en simulación y modelización informática, llevan unos pocos años tratando de caracterizar las propiedades de las moléculas, cuando no de inducirlas, para definir aplicaciones en los campos más diversos.

'La tecnología actual, sobre todo en áreas como la microelectrónica, tiene sus límites'. Así responde Fernando Palacio, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (CSIC), cuando se le pregunta por el potencial de las moléculas. Los límites vienen dados, en buena medida, por lo que se espera de las tecnologías de la información y las comunicaciones del futuro, aunque no sólo de ellas. 'Pretendemos una televisión interactiva y unos ordenadores cada vez más rápidos y potentes', argumenta Palacio. Con la microelectrónica actual, agrega, queda poco camino por recorrer. A lo sumo, de cinco a 10 años. La miniaturización extrema tiene su final lógico en la aparición de fenómenos cuánticos difícilmente controlables, mientras que los límites de grabación, al menos según la versión de técnicos de IBM, llegará con los 100 terabits por pulgada cuadrada. Más allá, sólo hay soluciones teóricas en perspectiva.

Las moléculas, o los materiales moleculares, resume Eugenio Coronado, director del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia, se aprestan a ser la solución ideal. Con ellos, 'no hay problema de miniaturización' y, en teoría, tampoco en cuanto a su funcionalidad. La cuestión, sin embargo, es que en la mayoría de los casos apenas se ha pasado de los prototipos experimentales. Hoy por hoy, el interés de los científicos dedicados a este campo consiste en 'aprender todo cuanto sea posible'.

Desde el principio

Aprender significa tomar una molécula y empezar prácticamente por el principio. Esto es, ver cómo están enlazados sus átomos, qué forma tiene la molécula en cuestión y definir sus propiedades. Si el destino inicial es la electrónica, 'se medirá su potencial óptico, magnético y eléctrico', indica Jaume Veciana, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC), aunque también pueden verificarse otras características como su capacidad para enlazar con otras moléculas presentes en un medio determinado o incluso su movimiento.

De las moléculas se espera, entre otras cuestiones, que puedan diseñarse diodos, interruptores, motores o sensores a escala subnanométrica. Es decir, por debajo de una milmillonésima parte de metro o, lo que es lo mismo, dispositivos muchísimo más pequeños que una bacteria o un virus. ¿Para qué tan pequeño? En esencia, para superar los límites físicos que imponen los materiales convencionales y, como consecuencia, para proseguir con la suma de capacidades de objetos y artilugios que, de otra manera, serían inconcebibles. Entre ellos, ordenadores, teléfonos móviles, pantallas ultrafinas, tinta y libros electrónicos, o sensores para la detección de compuestos a muy baja concentración en medios líquidos o gaseosos. Y eso sin olvidar las aplicaciones militares (como el llamado soldado electrónico).

Los retos a los que deben hacer frente los científicos y técnicos arrancan de la base. El primer paso, la caracterización de las propiedades de la molécula, representa una dificultad en sí misma. Pero lo es también su manipulación. 'Los químicos sabemos hacer moléculas con una estructura y una función determinadas, pero hay que colocarlas en su sitio', coinciden Coronado y Veciana. El uso del microscopio de efecto túnel representa hoy por hoy la mejor solución para manipular moléculas, pero su uso está restringido prácticamente a los laboratorios básicos o al desarrollo de prototipos experimentales. Raramente se emplea en sistemas de producción.

Un segundo problema viene determinado por la unión de distintas moléculas para formar un agregado que mantenga un cierto orden y, con él, unas características concretas. Y, además, conectar ese agregado con el mundo macroscópico. 'Las moléculas no están solas', razona Palacio. 'Precisan de una interfase que permita que un interruptor formado por una sola molécula pueda apagar o encender un dispositivo visible a simple vista'.

El ensamblaje de las moléculas es hoy uno de los puntos centrales de debate. La tecnología actual permite obtener láminas inferiores al nanómetro de espesor dotadas de propiedades ópticas, magnéticas o eléctricas y apuntar con ellas soluciones para circuitos integrados o sensores para narices electrónicas. Si obtener esas láminas ya es de por sí complejo, más lo es todavía elaborar multicapas en las que se intercalen características distintas. El primero en lograrlo, tal y como reflejó la revista Nature el pasado noviembre, ha sido precisamente Coronado, con un sistema híbrido que permite combinar capas de propiedades magnéticas y conductoras. El descubrimiento del investigador valenciano abre la puerta a una generación de materiales con los que 'pensar nuevos dispositivos' de interés en microelectrónica.

La ingeniería molecular (cómo ordenar las moléculas), junto con el despegue de la fotónica (el uso de los fotones en lugar de los electrones), completan el escenario de los materiales moleculares en su versión electrónica. El conjunto va a permitir, en opinión de Veciana, construir un lego molecular en el que, a través de distintos sistemas, realizar un conjunto de funciones en un dispositivo único. Funciones que, en esencia, pasan por aplicar un estímulo, generar una respuesta y guardar una función. Básicamente, lo mismo que hace un chip al procesar una información, sólo que a un tamaño infinitamente más pequeño.