Unos científicos logran mover átomos a su antojo a temperatura ambiente

Un equipo de investigadores de Japón ha conseguido mover átomos individuales de un lado a otro de una superficie en condiciones de temperatura ambiente, todo un logro que acerca un poco más el mundo de lo minúsculo a las aplicaciones industriales. Como explica desde el país nipón el español Óscar Custance, uno de los integrantes de este grupo de la Universidad de Osaka, ya se había conseguido antes desplazar un átomo de forma lateral (1990) y vertical (1991) con ayuda de un microscopio de efecto túnel, pero siempre a temperaturas criogénicas de -269 grados centígrados, lo que complicaba demasiado su posible aplicación en la ingeniería. Y, aunque hace dos años este mismo equipo concluyó con éxito la primera manipulación vertical -levantar un átomo y depositarlo de nuevo en su sitio- con un microscopio de fuerzas atómicas, según el investigador español, nunca se había logrado mover un átomo lateralmente por una superficie a temperatura ambiente y con suficiente precisión como para controlarlo a voluntad.

Los expertos de la Universidad de Osaka no sólo lo han logrado, sino que, emulando al equipo que efectuó la primera manipulación con microscopio de efecto túnel en 1990, que desplazó a temperaturas criogénicas 35 átomos de xenón hasta formar las siglas de la empresa IBM, ellos han demostrado la validez de su técnica componiendo las letras del símbolo de estaño, Sn, con átomos de este elemento sobre una superficie de germanio. Un logro que requirió completar 120 manipulaciones de átomos individuales durante nueve horas seguidas.

"El hecho de que hayamos demostrado que estas manipulaciones se pueden hacer a temperatura ambiente y, lo que es más importante, que las estructuras atómicas creadas mediante estas manipulaciones permanecen estables durante al menos un día marca un hito en la comunidad científica internacional que trabaja en nanotecnología", destaca Custance, "a partir de este experimento se pueden empezar a plantear estrategias para desarrollar aplicaciones tecnológicas reales".

Cada uno de los átomos desplazados en el ensayo, presentado en la revista Nature Materials, miden poco más de 0,1 nanómetros de diámetro (un amstrong), es decir, el equivalente a dividir un milímetro en diez millones de partes. Para conseguir ver y mover algo tan insignificante se debe acercar lo máximo posible la punta del microscopio al átomo que se desea manipular en condiciones de ultra alto vacío.

En el caso del microscopio de efecto túnel, para moverlo se emplea la corriente de electrones que fluye entre esta punta y la muestra, por lo que sólo puede trabajar con elementos conductores. Por el contrario, el microscopio de fuerzas atómicas empleado por los investigadores de Japón no usa la corriente eléctrica, sino la fuerza de interacción química que surge al acercar el último átomo del extremo de la punta al átomo que se quiere desplazar, y esto es otra ventaja clave para su futura utilización en la industria, pues puede operar tanto con muestras conductoras como con aislantes.

Para dar una idea de la complejidad de este trabajo, Custance explica: "Imaginemos que se pudiera invertir y suspender una de las torres de la catedral de la Sagrada Familia de Barcelona con una inmensa grúa y supongamos que sobre una bandeja de la porcelana más fina hay unos pocos cominos. Haber escrito el símbolo Sn manipulando átomos con un microscopio de fuerzas atómicas sería comparable a componer estas letras con los cominos usando la cúspide de la torre sin aplastarlos ni romper la bandeja de porcelana".

Esta operación no hubiese sido posible sin una electrónica llamada Dulcinea y desarrollada por la empresa española Nanotec. Según Custance, mover un átomo podría ser asequible para un controlador normal, pero no para completar 120 manipulaciones en nueve horas -una cada 4,5 minutos-, lo que es todo un récord. "Sin la versatilidad y la flexibilidad que nos proporcionó Dulcinea, este tiempo se hubiera duplicado o triplicado, haciendo impracticable el experimento", subraya.

Tras este éxito, el siguiente reto de los investigadores de Osaka es conseguir manipular de forma lateral átomos en superficies aislantes, el paso definitivo para la miniaturización de los dispositivos electrónicos en el límite de la nanotecnología. Y el investigador español asegura que están a punto de conseguirlo". Las miras de estos científicos van más lejos. De forma paralela, trabajan ya en la posibilidad de fabricar un ordenador cuántico a temperatura ambiente.