Atomoak eta molekulak ikusteko eta manipulatzeko tunel efektuko mikroskopio bat daukate Donostiako CICnanoGUNEn.
Ikustea: begietara iristen diren argi-izpien bidez gure ingurua interpretatzea. Baina zer gertatzen da ikusi nahi duguna fotoi bat –argi-partikula bat– baino 500 edo 100 aldiz txikiagoa baldin bada? Atomoak eta molekulak ikusteko, argiak ez du balio. Itsu-itsuan gabiltza.
80ko hamarkadaren hasieran, IBMn lan egiten zuten bi fisikari alemaniarrek iraultza ekarri zuten zientziaren mundura, 1986an Nobel saria irabazteko balioko zien asmakizun batekin: tunel efektuko mikroskopioa. Gainazal bati, atomo bakar batean amaitzen den punta mehe bat, angstrom gutxi batzuetako distantziara gerturatzean datza/zetzan asmakizunak. Punta eta gainazala ukitu baino lehen, bien artean korronte elektrikoa igarotzen da. Korronte hori neurtuta, gainazalaren mapa topografiko bat marraztu daiteke.
CICnanoGUNEko sotoan, Donostian, horrelako mikroskopio bat dago. Ez du ikusten, sentitu egiten du, Braille hizkuntzan irakurtzen duen itsu baten antzera. Nanoimaging ikerketa-taldeko zuzendariak, Nacho Pascualek, Berlinetik ekarri zuen. Berak diseinatu eta eraiki zuen, bere taldearekin batera.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Sistema honen kondiziotan lan egitea erabaki genuenean, ez zegoen horrelako makinarik, eta geuk garatu behar izan genuen. Erronka handia izan zen. Teknologia ezaguna bazen ere, tenperatura kriogenikoekin lan egin nahi genuen: 4º K, hau da, -269º C. Hori ezinbestekoa zen atomoak geldirik egon zitezen.
Giro-tenperaturan, atomoak etengabe mugitzen ari dira. Ezinezkoa izango litzateke horiek banan-banan aztertu eta manipulatzea. Hortaz, mikrospopioari helio-kriostato bat akoplatu zioten, eta guztia nitrogeno likidoz betetako depositu batean sartu zuten. Zero azpitik 270 gradura lan egitea lortu zuten horrela.
Atomoak geldirik egoteko hotza garrantziatsua baldin bada, hutsa ezinbestekoa da horiek garbi mantentzeko. Instalazio honek, 10-13-ko presioarekin funtzionatzen du, galaxiarteko espazioan dagoen huts berdinarekin.
Atomo egonkorrez osatutako gainazal bat edukitzea oso garrantzitsua da, ez bakarrik atomoak eta molekulaz aztertzeko, baita horiek manipulatzeko ere. Mikroskopioaren punta apur bat gehiago gerturatuz gero, atomoak gainazalaren beste puntu batera eraman daitezke. Horrela, atomoak banan banan mugituta, sortu dira IBMk egin duen pelikula hau osatzen duten irudiak. Baina atomoak manipulatzearen helburua ez da marrazkiak egitea, noski, haien propietateak aztertzea baizik.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Atomoak materialen adreiluak dira. Botikak, erregaiak, informazio magnetikoa gordetzen duten disko gogorrak… material guztien propietateak haien konposizio atomikoaren araberakoak dira. Hau da, atomoek beraien artean elkartu eta egitura handiagoak osatzeko daukaten moduaren araberakoak. Atomo gutxi batzuen eskalan, material berriak eraikitzea eta haien funtzionamendua optimizatzea da gure helburua.
Beste irudi hau, berriz, Nanoimaging taldeko Jingcheng Lik sortu du nanoGUNEn bertan. Zilarrezko gainazal batetik atomoak banan banan atera ditu, harrobitik minerala erauziko balu bezala. Atomo bakoitzak bi angstrom baino gutxiago neurtzen du, eta mikroskopioaren puntarekin bultza ditu zirkunferentzia bat osatu arte.
JINGCHENG LI. CICnanoGUNE: Honako hau molekula-kate bat da. Molekulak gainazal baten gainean kokatzen ditugu, haien arteko erreakzio kimikoak aztertzeko. Hala, haien argia, indarra, eta horrelako propietateak aztertzen ditugu.
Baina hau ez da tunel efektuko mikroskopio arrunt bat. Nacho Pascualen taldeak kuartzozko diapasoi txiki bat txertatu zuen puntan, elektrizitate-eroaleak ez diren materialak ere aztertu ahal izateko.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Hori moda bat da. Zientzialariok ere moden arabera funtzionatzen dugu! Mikroskopio honen arazoetako bat da puntaren eta gainazalaren arteko distantzia neurtzeko elektrizitatea erabiltzen dugula, eta, hortaz, material eroaleekin bakarrik funtzionatzen duela. Guk kuartzozko diapasoi bat txertatu dugu, erlojuena bezalakoa, eta horren ertzean mikroskopioaren punta itsatsi dugu. Diapasoia beti oszilatzen ari da, eta oszilazio-frekuentzia horren aldaketak neurtuz gero, puntaren eta laginaren arteko interakzio mekanikoak detektatu ditzakegu. Hori oso baliagarria da, korronterik igaro gabe ere, punta gerturatzen ari dela jakin dezakegulako.
Kuartzozko diapasoiari esker, tunel efektuko mikroskopioak indar atomikozko mikroskopio gisa ere funtzionatzen du. Bi gailu batean. Baina, behin norberaren makina eraikitzen hasita, hirugarren funtzio bat ere gehitu diote: espektroskopia optikoa.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Zeure makina diseinatu eta eraikitzearen abantailatako bat da hori! Hiru funtzioak betetzen dituen munduko makina bakarra dela uste dut. Espektrometro baten bidez, efektu fotovoltaikoa neurtzen dugu. Eguzki-paneletan, adibidez, fotoi bat iristen denean elektroi bat emititzen da. Eta, alderantziz, elektroi batek fotoi bat emititu dezake. Guk horixe egiten dugu, puntaren eta laginaren artean elektroiak bidaltzen ditugu, eta emititzen diren elektroiak detektatzen ditugu.
Mikroskopioa urrian iritsi zen Berlinetik, eta urtarrilean jarri zuten martxan. Laborategi honetan instalatu ahal izateko, isolamendu optimo bat ziurtatuko zuten egokitzapen-lanak egin behar izan dituzte.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Mikroskopioaren punta nanometro bateko distantziara gerturatu behar da laginera, gutxi gorabehera. Eraikin honen hormak nola mugitzen diren ikusteko gai izango bazina, hainbat mikrako oszilazioak ikusiko zenituzke. Hau da, distantzia hori halako 1000 edo 10.000. Mikroskopioa hemen gainean utziko bagenu, horrela mugituko litzateke, eta ez litzateke egonkorra izango. Horregatik da hain garrantzitsua bibrazioengandik babestea.
Mikroskopioa bera malguki batzuetatik zintzilik dago kriostatoaren barruan. Makina osoa lau hanka pneumatikoren gainean dago, hau da, airearen gainean. Eta gelako zorua ere eraikinarengandik isolatuta dago.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Mikroskopioan ondo funtziona dezan inguruko bibrazioengandik isolatuta egon behar du. Ikusten ez dugun arren, autoak edo trena pasatzen direnean, lurrak dar dar egiten du. Horregatik, hemengo bloke honen gainean eraiki dugu. 30 tonako zementuzko bloke bat da hau, eta lau hanka pneumatikoren gainean dago. Hemengo hau treneko gurpil baten pneumatiko bat da. 7 bareko presioa sartzen diogu, eta bloke guztia altxatzen dugu.
Gainera, laborategiko paretak intsonorizatuta eta uhin elektromagnetikoengandik isolatuta daude. Guztia, ezerk ez ditzan neurketak kaltetu. Izan ere, erlojugile edo kirurgialari baten lana doitasun handikoa dela esan ohi badugu, eskala nanometrikoan lan egiteari buruz ari bagara, doitasun hitza motz geratzen da.
