Gaiak
La Nanotecnología: El Límite Atómico
Laboratorio de Nanofísica de la UPV
En Diciembre de 1959, mucho antes de que nos invadiera el prefijo “nano”, Richard Feynman, premio Nobel de Física y una de las mentes más creativas y lúcidas de la Física del siglo XX, dictó durante la Reunión Anual de la Sociedad Americana de Física una conferencia profética titulada “There’s plenty of room at the bottom”, “Queda mucho sitio por debajo”. Feynman recordó a los allí presentes que no hay leyes físicas que impidan disminuir el tamaño de las cosas hasta reducirlo al límite de un sólo átomo. Hizo ver que si se llegaba a desarrollar la tecnología necesaria para fabricar objetos en la escala de lo más pequeño, la de los átomos y las moléculas, se abrirían enormes posibilidades para el avance tecnológico. Feynman utilizó un ejemplo muy gráfico: “Usando 100 átomos para almacenar un bit de información, todo el contenido de la Biblioteca del Congreso de los Estados Unidos, la más grande del mundo, cabría en un cubo del tamaño de un terrón de azúcar”. Aquel escenario que Feynman divisó es más o menos el que ahora vivimos, el del principio de la era nanotecnológica, el de la tecnología en el límite atómico.
Nanotecnología, nanociencias, nanoestructuras. ¿Qué significa “nano”?. El prefijo nano designa la “milmillonésima” parte de cualquier magnitud. Por ejemplo, un nanómetro es la milmillónesima parte de un metro. O lo que es lo mismo, la milésima parte de una micra, que a su vez es la milésima parte del milímetro. La escala del nanómetro, es la de los componentes de las células vivas: el ribosoma celular, las proteínas o el ADN, que forma una larga estructura espiral de moléculas de 2 nanómetros de diámetro. Pero sobre todo, el nanómetro es el tamaño característico de los átomos. Los átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno, componentes básicos, últimos de las proteínas, y por lo tanto de todos los seres vivos, tienen un tamaño típico de 0,1 nanómetros.
Por eso se dice que el nanómetro es la unidad de longitud de la escala atómica. Las nanoestructuras son estructuras con un tamaño típico de un nanómetro, es decir, formadas tan solo por unos pocos átomos o moléculas. Las nanociencias se ocupan de estudiar el comportamiento de estas nanoestructuras. Y la tecnología que deriva, o derivará, de la utilización de nanoestructuras y del desarrollo de las nanociencias, es lo que llamamos nanotecnología.
La nanotecnología nos llevará a un mundo diferente, tecnológicamente más avanzado. Se vislumbran ordenadores rapidísimos con memorias gigantescas, que pueden llevarse en un reloj de pulsera. También avances increíbles de la ciencia médica, como el diagnóstico ultrapreciso mediante sondas no invasivas, o tratamientos farmacéuticos dirigidos desde fuera a los tejidos enfermos del cuerpo mediante “nanorobots”. Y en cuestiones energéticas y medioambientales, como los “nanodetectores” de contaminantes químicos del agua o del aire, con una precisión nunca alcanzada, y que ya son una realidad. Avances tecnológicos que no están exentos de riesgos, como los que derivan de la manipulación de nanopartículas y que pueden afectar seriamente a la salud. Y que en muchos casos derivarán en cuestiones puramente éticas, como el control de las enfermedades o del envejecimiento.
Algunos dirán que hasta ahora no hay nada nuevo, que ya estamos acostumbrados a las mejoras tecnológicas, a los debates éticos y sociales. Entonces, ¿por qué ha de ser la nanotecnología algo diferente?, ¿por qué se habla de revolución nanotecnológica? En efecto, el cambio nanotecnológico parecerá indistinguible de lo que ya estamos viviendo. La revolución vendrá en la ciencia, en la industria productiva. Y la clave está en que se alcanza la escala del átomo. Porque cualquier material, sea metal, aislante, líquido o sólido, tiene un comportamiento idéntico en la escala de un metro, de un milímetro o de una micra. Pero no en la escala de un nanómetro. Las mismas propiedades que definen un tipo de material en la escala digamos “visible”, es decir, la electricidad, la resistencia a la oxidación, o las propiedades térmicas, cambian de manera radical para el mismo material en tamaño nanométrico, en tamaño atómico. Y es que aquí ya no valen las leyes de Newton y Coulomb. En el nanomundo solo valen las leyes de la Física Cuántica.
Tomemos el ejemplo de la industria microelectrónica, que está en el origen de la revolución social y de la información en la segunda mitad del siglo XX. La clave de su desarrollo, la fuerza motriz de la innovación, es la progresiva reducción del tamaño característico de un circuito electrónico, que ha variado desde unos 2 milímetros en 1970 hasta 90 nanómetros en la actualidad, y que es lo que nos ha permitido alcanzar la gigantesca capacidad de computación y almacenamiento de datos que disfrutamos. Pero a pesar de este colosal cambio de tamaño, es importante entender que el circuito sigue siendo el mismo ahora que en 1970, sólo que veinte mil veces más pequeño. Sin embargo, este mismo circuito, por debajo de 20 o 10 nanómetros no funciona. ¿Por qué? Porque alcanzamos el límite cuántico, el límite de pocos átomos, donde los materiales se portan de otra manera. Por tanto, la industria microelectrónica está obligada a transformarse de manera radical en los próximos años si quiere seguir haciendo circuitos más pequeños, ordenadores más potentes. Y por la misma razón, porque en el límite atómico la naturaleza es diferente, todos los sectores industriales que quieran avanzar en el proceso de miniaturización, es decir fabricar los motores, sensores, dispositivos y máquinas a escala nanométrica, no sólo tendrán que rediseñar el funcionamiento de dichas máquinas y dispositivos, sino además modificar radicalmente las técnicas de fabricación y manipulación. Ya no vale sólo con hacer las cosas más pequeñas. En el límite atómico, en la escala nanométrica, en el reino de la Física Cuántica, las cosas funcionan de otra manera.