Apoyada con equipo de cómputo de hasta 48 procesadores,
que mediante algoritmos matemáticos realiza cálculo
en paralelo, mientras ella imagina y modela la estructura física
y química de nuevos materiales desarrollados en el universo
nano, Angélica Estrella Ramos Peña, del Instituto
de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, predice con
simulación computacional las propiedades fisicoquímicas
de los nanoalambres de carburo de silicio, útiles para
hacer dispositivos microelectrónicos.
Son capaces, por ejemplo, de generar luz y reducir el
consumo de energía; con ellos será posible, en un
futuro, desarrollar dispositivos que impliquen trabajar en condiciones
extremas de temperatura, voltaje y frecuencia. También,
pueden soportar un gradiente de voltaje o de campo eléctrico
hasta ocho veces mayor que el silicio o el arseniuro de galio,
sin que sobrevenga la ruptura.
Este elevado valor de campo eléctrico de ruptura
lo hace de utilidad en la fabricación de componentes que
operan a elevado voltaje y alta energía, como diodos, transistores,
supresores, incluso dispositivos para microondas de alta energía,
explicó la investigadora.
Antes de desarrollar y probar los nanoalambres a nivel experimental,
se hace modelado molecular para analizar opciones en su diseño
y construcción. Así puede modificar el acomodo de
los átomos en la computadora y verlos de frente, de lado,
por arriba y por abajo, con el conocimiento previo de las variantes
de la estructura atómica, que pueden producir cambios en
el resultado final.
“Si probamos en la computadora, a veces no sabemos
hacia dónde va el resultado; estamos en un camino azaroso,
como el del viajero Fernando de Magallanes, que buscaba atravesar
el continente porque estaba convencido de que los mares estaban
comunicados, pero lo que logró fue darle la vuelta al mundo.
Al realizar un proyecto de investigación, en un principio
los resultados que se encuentran pueden ser sorprendentes, no
llevarte a ningún lado o abrir un sinfín de posibilidades.
“Si se parte únicamente de la distribución
de las partículas subatómicas, como son los protones
y los electrones, y mediante algoritmos matemáticos que
definen las interacciones entre las partículas, es sorprendente
que puedan ser predichas las propiedades físicoquímicas
de un material. Lo que hacemos es ciencia básica”,
precisó Ramos Peña, química, maestra en físico-química,
y doctora en ciencia e ingeniería de materiales por la
UNAM.
Silicio en el mundo nano
El silicio es abundante en la naturaleza, es el constituyente
de la arena del mar y es semiconductor, así que con poca
energía se logra que los electrones se muevan y transporten
la corriente eléctrica. Todas las aplicaciones electrónicas
actuales están basadas en ese elemento y en el germanio,
los dos semiconductores por excelencia.
“La desventaja es la dificultad para hacer compuestos
a partir de él, porque su enlace con el oxígeno
es muy fuerte, lo que encarece la producción de nuevos
materiales. Por ello, se buscan alternativas con ventajas para
diseñar materiales con aplicación tecnológica,
y una opción está en el mundo de lo nano”,
explicó la investigadora.
El de las nanoestructuras es un campo de vanguardia en el estudio
de los materiales. “El átomo más pequeño,
el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente
1x10-10 m, es decir, 0,0000000001 m. Para tener una idea de lo
que representa nano, hay que comparar el diámetro de una
pelota de ping pong, que es de 40 milímetros, con el de
la Tierra, de 12 mil 742 kilómetros. Así de grande
es la relación de tamaños”, ejemplificó.
Lo más apasionante del universo nano es que materiales
simples y conocidos pueden mostrar nuevas y sorprendentes propiedades
si se presentan en un nanotamaño. “Esto sucede con
la resistencia mecánica, la adherencia y la absorción
de los nanomateriales, que son muy superiores a las encontradas
en materiales convencionales”.
Además de mejores propiedades electrónicas,
también tienen ventajas ópticas, magnéticas
y mecánicas.
Con los nanoalambres de carburo de silicio, Angélica
Estrella Ramos también prueba, con simulación computacional,
otro tipo de posibles aplicaciones, como detectores de moléculas
y sensores de luz o temperatura.