El papel de la luz y de los electrones en la exploración de nuevos materiales

Madrid. 29 de abril de 2021. Esta intervención, organizada en colaboración con la cátedra Julio Palacios del CSIC ha permitido conocer mejor las actuales técnicas de microscopía electrónica en las que está trabajando con el equipo que dirige en el Institut de Ciències Fotòniques  de Barcelona, donde es profesor ICREA. Autor de 400 artículos científicos sobre este campo, ha logrado con estos trabajos más de 33.000 citas. 

Como bien ha explicado García de Abajo en un tono muy divulgativo, “la luz es por excelencia la onda que nos ayuda a ver con nuestros ojos, pero también a ver en la nanoescala con la ayuda de las tecnologías fotónicas”. A partir de ahí, ha mencionado diversos ejemplos de lo que hemos conseguido hasta ahora gracias a esas innovaciones basadas en la luz. “Nos sirven para fabricar chips diminutos y muy potentes, para detectar moléculas individuales, para realizar fotocatálisis y atrapar objetos… Esto último es lo que sucede, por ejemplo, en los procesos de reproducción asistida, donde es necesario atrapar células, un proceso que se lleva a cabo con el uso de la luz, en concreto con pinzas ópticas. También nos ayudan estas tecnologías fotónicas para diseñar terapias contra el cáncer haciendo que ciertas nanopartículas se adhieran a las células tumorales y que la luz las caliente y las queme…”, ha añadido García de Abajo.

En su conferencia, también ha explicado cómo la fabricación de procesadores para dispositivos electrónicos se lleva a cabo bajo el agua para optimizar el proceso. Y así ha iniciado uno de los temas centrales de su conferencia: la microscopía electrónica y cómo estos instrumentos están permitiendo explorar las características y propiedades de nuevos materiales.  

“En la microscopía electrónica contamos con un haz de electrones con energía que oscila desde el 50% al 90% de la velocidad de la luz. Podemos hacer que pase a través de un material, que tiene que ser muy fino para poderlo traspasar, o podemos utilizar también la óptica de electrones. Esa misma luz ya nos ofrece información sobre el material que estamos analizando. Del mismo modo, si dejamos los electrones en el material, es posible analizar su pérdida de energía”, ha explicado este investigador. “Con estas emisiones de luz podemos conocer cómo se propaga la luz en materiales como los cristales fotónicos, cómo se puede conseguir luz si excitamos una partícula de silíceo con un electrón, podemos estudiar bastante bien las características de estos materiales”, ha añadido.

Sobre los últimos avances conseguidos con esta técnica, García de Abajo ha mencionado que ya es posible producir pulsos de electrones y hacer que coincidan con fotones sobre una muestra de material en una escala de centosegundos. “Esto nos da acceso a estudiar las propiedades de un material con esta escala de tiempo tan reducida”, ha explicado. “A partir de ahí, es posible conseguir distintos efectos como seguir la propagación de los electrones que han interactuado con un campo de luz y el grado de compresión es tal que llegamos a los atosegundos, pulsos de electrones que son más pequeños que el centosegundo. Además, al interactuar la luz con los electrones, cambia la energía de los electrones y desvía su trayectoria”.

En esta conferencia ha abordado los conceptos básicos que han permitido estos avances tanto en investigación fundamental como en aplicaciones tecnológicas, y ha explicado investigaciones en curso en los campos de microscopía electrónica, detección ultrasensible de patógenos, manipulación y síntesis de nuevos materiales y procesamiento de información cuántica, todos ellos ejemplos de vanguardia en el área emergente de control y exploración de materiales a pequeñas escalas sin precedentes.

Este experto en nanofotónica también ha recordado que los electrones son elementos intrínsecamente cuánticos. Y lo ha explicado con estas palabras: “La función de onda de los electrones importa, sobre todo cuando tenemos dos electrones o electrones interactuando con luz. Entonces, la longitud de onda juega un papel muy relevante. Esto es quizá el último tema en el que estamos trabajando de forma muy intensa”, ha concluido.