Superficies en movimiento

Toda materia parte de la física y de la química y toda materia está compuesta por átomos y moléculas. Donostia International Physics Center (DIPC), organizó el
XV Congreso Internacional de Vibraciones en Superficies  (VAS15) dentro de los Cursos de Verano de la UPV/EHU.

VAS15, es la decimoquinta edición de este simposio que se viene organizando desde hace más de treinta años en diferentes países del mundo. En este encuentro, más de cien expertos mundiales y jóvenes investigadores del campo de la dinámica y espectroscopia vibracional de superficies pudieron intercambiar opiniones y resultados de distintos trabajos de investigación.

Se habló sobre la ciencia y las técnicas relacionadas al estudio de movimientos de átomos. Uno de los miembros del DIPC y director de este Congreso, Thomas Frederiksen, explicaba que “estos movimientos se producen de muchas formas”. Entre ellas el científico destacaba la difusión térmica, las colisiones entre átomos, la propagación de ondas mediante el calor o la manipulación a nanoescala a través de estímulos de corrientes eléctricas y a través de la absorción de luz”.

El programa abarcaba desde el estudio de propiedades fundamentales de materiales innova-dores -como los aislantes topológicos y los superconductores- hasta técnicas de análisis de propiedades de superficies rele-vantes en el campo de la física, la química, la biología y la ingeniería.

Los expertos aquí reunidos mos-traron los resultados obtenidos mediante las oscilaciones que los átomos y moléculas pueden sufrir a través de las distintas técnicas. Frederiksen mencionaba técnicas como la espectroscopia, la encargada del estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia. Durante el congreso, también se mostraron investigaciones llevadas a cabo, entre otros, con otras técnicas espectroscópicas como la técnica microscópica basada en el efecto túnel, la de helio o la de Eco de Espín. Asimismo, existen otras espectroscopias como el Raman o la espectroscopia por resonancia magnética.

El Congreso también contó con la presencia del que fuera premio Nobel de Química en 1986 John C.Polanyi, invitado a dar una conferencia abierta en la Sala Kutxa bajo el título “Cómo se hacen los descubrimientos y por qué es importante”.

Entrevista a Thomas Frederiksen: “El conocimiento detallado de la dinámica en las superficies es realmente complicado porque su escala es nanométrica ”

¿Qué aplicaciones tienen para la vida real los resultados que se obtienen al investigar en las oscilaciones de las superficies?
Lo más importante es que se quiere avanzar en el conocimiento. Gracias a la investigación, se pueden sacar conclusiones para aplicarlo a cosas concretas. Por ejemplo se puede aplicar en la nanoelectrónica, en donde se pueden diseñar transistores basados en una molécula. El avance del conocimiento en este campo es importante como una disciplina de ciencia básica, pero también tiene implicaciones para el desarrollo de nuevos materiales, dispositivos electrónicos o catalizadores.

¿Qué avances han conseguido en los últimos años en lo que a la investigación de las oscila-
ciones en las superficies se refiere?
Cada vez vamos dando pasos y más profundos. Vamos entendiendo, aprendiendo. Son avances dentro del laboratorio, en la teorización, en los ordenadores y procesadores para poder calcular las distintas propiedades. Hay diferentes tipos de técnicas dentro de la espectroscopia a través de las cuales se obtiene información que puede valer para seguir avanzando en el campo. Desde el lado experimental, los investigadores han avanzado en técnicas para estudiar las movimientos al nivel de átomo o molécula simple. Desde el lado teórico, a medida que los métodos de medición van mejorando, permiten que los estudios realizados en modelos de dinámica y espectroscopia vibracional de superficies en las oscilaciones sean más reales. No obstante, esto implica utilizar cálculos que sólo pueden llevarse a cabo con “super” ordenadores.

¿Qué dificultades encuentran al investigar las oscilaciones de las superficies?
Cada vez que piensas haber entendido una cuestión, a un siguiente nivel te vienen más preguntas que resolver. Intentamos dar respuesta a las preguntas que nos surgen y buscar respuestas a nuevos descu-brimientos. En cada técnica y área surgen preguntas, no existe sólo un problema que resolver.
El conocimiento detallado de la dinámica en las superficies puede ser realmente complicado. El tamaño a escala de una molécula simple es sólo 1 / 1.000.000.000 (de un metro un nanómetro) por lo que no se pueden seguir en un estándar microscópico óptico. La escala de tiempo de su dinámica es también ultrarrápida. Una vibración típica se mide en pico-segundos (1pico /1.000.000.000.000 seg.). En este sentido, las dificultades que encontramos se encuentran también relacionadas con las observaciones experimentales de la información que se puede obtener mediante las técnicas de espectroscopia que están siendo continuamente mejoradas. De todas formas, junto con buenos modelos, ganamos una nueva visión acerca de cómo la materia se comporta en estas escalas de tiempo.

En muchos trabajos se ha hablado del material del grafeno. ¿Cuál es su importancia?
Tenemos especial interés en este material por el hecho de que contiene propiedades que pueden servir para investigaciones en electrónica. Es un material fácil de analizar y de manipular. Además, los investigadores lo utilizan en sus estudios porque se puede aprender mucho sobre física. Se prevé que tendrá un gran impacto para futuras aplicaciones como en aparatos electrónicos, sensores, almacenamiento de energía, etc. Europa está invirtiendo 1 billion de euros en estas directrices de investigación.