Mirava l'invisible
Veure: interpretar el nostre entorn a través dels raigs de llum que arriben als ulls. Però, què ocorre si el que volem veure és 500 o 100 vegades més petit que un fotó, una partícula de llum? Per a veure àtoms i molècules, la llum no serveix. Caminem a cegues.
a principis dels anys 80, dos físics alemanys que treballaven en IBM van revolucionar el món de la ciència amb un invent que els serviria per a guanyar el Nobel en 1986: el microscopi d'efecte túnel. L'invent consisteix a acostar a una superfície una punta prima que acaba en un sol àtom, a una distància d'uns pocs àngstroms. Abans de tocar la punta i la superfície, entre tots dos discorre un corrent elèctric. La mesura d'aquest corrent permet dibuixar un mapa topogràfic de la superfície.
En el soterrani de CICnanoGUNE, en Donostia-Sant Sebastià, existeix un microscopi d'aquest tipus. No veu, sent, com un cec que llegeix en braille. Nacho Pascual, director de l'equip de recerca Nanoimaging, el va portar de Berlín. Va dissenyar i va construir juntament amb el seu equip.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Quan decidim treballar en les condicions d'aquest sistema, no hi havia màquines d'aquest tipus, i vam haver de desenvolupar-les nosaltres mateixos. Va ser un gran repte. Encara que la tecnologia era coneguda, volíem treballar amb temperatures criogèniques: 4t K, és a dir, -269 °C. Això era imprescindible perquè els àtoms romanguessin immòbils.
A temperatura ambient, els àtoms es mouen contínuament. Seria impossible analitzar-los i manipular-los un a un. Així, el microscopi va ser acoblat a un criostato d'heli que va ser introduït en un dipòsit ple de nitrogen líquid. Així van aconseguir treballar a 270 graus sota zero.
Si el fred és important perquè els àtoms romanguin immòbils, el buit és imprescindible perquè aquests es mantinguin nets. Aquesta instal·lació funciona a una pressió de 10-13 amb el mateix buit que en l'espai intergalàctic.
Tenir una superfície composta per àtoms estables és molt important no sols per a analitzar àtoms i molècules, sinó també per a manipular-los. Si la punta del microscopi s'aproxima una mica més, els àtoms poden traslladar-se a un altre punt de la superfície. Així, movent els àtoms d'un en un, s'han creat les imatges que conformen aquesta pel·lícula que ha realitzat IBM. Però l'objectiu de manipular els àtoms no és fer dibuixos, per descomptat, sinó analitzar les seves propietats.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Els àtoms són els maons de materials. Medicaments, combustibles, discos durs que contenen informació magnètica… les propietats de tots els materials depenen de la seva composició atòmica. És a dir, de la manera en què els àtoms s'uneixen entre si per a formar estructures més grans. En l'escala d'uns pocs àtoms, el nostre objectiu és construir nous materials i optimitzar el seu funcionament.
L'altra imatge ha estat creada per Jingcheng Li, del grup Nanoimaging, en el propi nanoGUNE. D'una superfície de plata ha extret els àtoms d'un en un, com si s'hagués extret el mineral de la pedrera. Cada àtom mesura menys de dos àngstroms i els empeny amb la punta del microscopi fins a formar una circumferència.
JINGCHENG LI. CICnanoGUNE: Aquesta és una cadena de molècules. Situem les molècules sobre una superfície per a analitzar les reaccions químiques entre elles. Així, estudiem la seva llum, la seva força i propietats similars.
Però això no és un microscopi convencional d'efecte túnel. El grup de Nacho Pascual va inserir en la punta un petit diapasó de quars per a analitzar també materials que no són conductors d'electricitat.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Això és una moda. Els científics també funcionem segons modes! Un dels problemes d'aquest microscopi és que utilitzem electricitat per a mesurar la distància entre la punta i la superfície, per la qual cosa només funciona amb materials conductors. Nosaltres hem inserit un diapasó de quars, com el dels rellotges, en la vora dels quals hem pegat la punta del microscopi. El diapasó sempre està oscil·lant i mesurant els canvis d'aquesta freqüència d'oscil·lació, podem detectar interaccions mecàniques entre la punta i la mostra. Això és molt útil, ja que podem saber que la punta s'està acostant sense haver passat el corrent.
Gràcies al diapasó de quars, el microscopi d'efecte túnel funciona també com a microscopi de força atòmica. Dos dispositius en un. Però, una vegada començada la construcció de la pròpia màquina, se li ha afegit una tercera funció: l'espectroscòpia òptica.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: És una dels avantatges de dissenyar i construir la teva pròpia màquina! Crec que és l'única màquina del món que compleix les tres funcions. Mitjançant un espectròmetre mesurem l'efecte fotovoltaic. En els panells solars, per exemple, quan arriba un fotó s'emet un electró. I, al revés, un electró pot emetre un fotó. Nosaltres ho fem així, enviem electrons entre la punta i la mostra i detectem els electrons que s'emeten.
El microscopi, que va arribar a l'octubre des de Berlín, es va posar en marxa el mes de gener. Per a poder instal·lar-se en aquest laboratori, han hagut de realitzar obres de condicionament que asseguressin un aïllament òptic.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: La punta del microscopi ha d'aproximar-se a una distància aproximada d'un nanòmetre. Si fossis capaç de veure com es mouen les parets d'aquest edifici, veuries les oscil·lacions de diverses micres. És a dir, 1000 o 10.000 vegades aquesta distància. Si deixem el microscopi aquí, es mouria així i no seria estable. Per això és tan important protegir-se de les vibracions.
El propi microscopi es penja d'unes molles dins del criostato. Tota la màquina està sobre quatre potes pneumàtiques, és a dir, sobre aire. I el sòl de l'habitació també està aïllat de l'edifici.
NACHO PASCUAL. CICnanoGUNE: Perquè funcioni bé en el microscopi ha d'estar aïllat de les vibracions de l'entorn. Encara que no ho vegem, quan passen els cotxes o el tren, la terra s'estremeix. Per això, hem construït sobre aquest bloc. es tracta d'un bloc de ciment de 30 tones, amb quatre potes sobre pneumàtics. Aquest és un pneumàtic de roda de tren. li fiquem una pressió de 7 bars i aixequem tot el bloc.
A més, les parets de laboratori estan insonoritzades i aïllades de les ones electromagnètiques. Tot perquè res danyi els mesuraments. De fet, si diem que el treball d'un rellotger o cirurgià és de gran precisió, si parlem de treballar a escala nanomètrica, la paraula precisió queda tala.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian
