Equipo desarrollado en IFGW abre fronteras en el campo de la nanociencia

BRASIL, diciembre 2022, Unicamp

Después de casi 10 años de trabajo –entre la idea y la implementación–, un grupo de científicos del Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW) de la Unicamp concluyó, este año, el desarrollo de un microscopio que podría convertirse en un hito en el investigaciones relacionadas con la obtención de imágenes de estructuras atómicas y moleculares, abriendo nuevas fronteras en la exploración de la nanociencia.

Dirigido por el físico y profesor Luiz Fernando Zagonel, el grupo desarrolló un dispositivo que aumenta por lo menos tres veces la capacidad de captación de luz del Scanning Tunneling Microscope (STM – Scanning Tunneling Microscope ), un tipo de equipo que permite la captura de imágenes a escala atómica .

La innovación podría suponer un salto adelante en la investigación, como la de materiales para células fotovoltaicas, y ya se ha convertido en una herramienta para el estudio de materiales que pueden ser fundamentales en las próximas generaciones de LED. El nuevo microscopio también será importante para investigaciones sobre puntos cuánticos -partículas semiconductoras extremadamente pequeñas-, o incluso para el estudio de las perovskitas, una nueva clase de materiales que podrían permitir aplicaciones destinadas a generar electricidad a partir de la luz solar.

Además de Zagonel, el trabajo contó con el aporte de los investigadores Ricardo Javier Peña Román e Yves Maia Auad, quienes obtuvieron sus doctorados, respectivamente, en la Unicamp y en la Universidad Paris Saclay.

El invento de los científicos de la Unicamp fue licenciado en 2021 y lanzado este año por RHK Technology, empresa especializada en la fabricación de microscopios de alto rendimiento, con sede en Michigan, Estados Unidos. Además, ganó el premio Inventores 2022, promovido por Inova Unicamp, en la categoría Tecnología Absorbida por el Mercado.

“Este premio es un reconocimiento de que el proyecto fue bien recibido por la comunidad, tanto por científicos como por el sector empresarial, con publicaciones científicas de alto impacto y dos patentes, una de las cuales está licenciada”, dijo Zagonel, quien ha sido profesor en la IFGW desde 2013. “Este es un emprendimiento exitoso, que atestigua que las actividades de investigación tuvieron un impacto muy significativo no solo dentro de la Universidad, con la formación de investigadores y estudiantes, sino también fuera de ella”, continúa.

El proyecto

El profesor dice que el interés por la investigación se basó en las necesidades del mercado. “Nos dimos cuenta de que había una gran demanda de estudios que fueran más precisos en términos de comprensión de las propiedades ópticas de los materiales nanométricos. Y, para eso, el microscopio óptico no es la mejor herramienta, porque no puede ver la morfología del material”, explica. 

“Para ver la morfología de las nanopartículas se necesitan otro tipo de microscopios, como los electrónicos, que son muy buenos, pero tienen dificultad para ver la luz. Entonces, pensamos en desarrollar accesorios para microscopios que pudieran detectar luz al mismo tiempo que se tomaban imágenes con resolución atómica”, dijo.

Presentado a la Fapesp (Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo) en 2014 y aprobado al año siguiente, el proyecto incluía fondos para la compra del microscopio y el desarrollo del accesorio. Luego, el grupo de científicos se puso en contacto con la empresa que fabrica los microscopios en Estados Unidos, compró el equipo y comenzó el desarrollo del proyecto.

“Agregamos algunos elementos ópticos a este microscopio [STM]. El principal era un espejo parabólico”, dice Zagonel. Además del espejo, se instalaron lentes, fibras ópticas, un láser y un espectrómetro. 

A partir de este conjunto articulado, el grupo pudo aumentar la cantidad de luz captada por la muestra de alrededor del 20% al 72%, y también registrarla. “Este es el diferencial del accesorio. Se hace posible recolectar más luz y registrarla con una buena resolución espectral. Por lo tanto, es mucho más eficiente que los disponibles en el mercado”, explica el profesor.

Desarrollos

Según Zagonel, el nuevo dispositivo será muy importante en las investigaciones que se realizan en el Instituto, como la muestra de nitruro de boro hexagonal. “La muestra emite luz de diferentes formas, por defectos; emite luz en el ultravioleta profundo, en diferentes longitudes de onda, cada una con diferentes aplicaciones. Queremos entender cómo sucede esto, en qué situaciones el material emite luz, qué tipo de defecto presenta y qué tipo de emisión se realiza. Esto solo es posible con equipos que, al mismo tiempo, recojan y registren esa luz y obtengan imágenes de alta resolución del material”, explica.

El dispositivo podrá contribuir a la investigación en diversas áreas del conocimiento en las que se desee estudiar propiedades ópticas junto con imágenes de la morfología del material. “Si quieres estudiar un material que se puede usar para hacer un nuevo tipo de LED, diodo emisor de luz, por ejemplo, puedes aprender mucho sobre ese material estudiándolo en este tipo de microscopio”, dice el profesor.

“Se podrá medir la morfología del material -con los mapas topográficos-, así como propiedades electrónicas y, en una misma muestra, observar la luz que emite. Es decir, es posible medir propiedades electrónicas, morfológicas y ópticas”, continúa.

Así, según el profesor, el equipo abre un abanico enorme de posibilidades de investigación, ya sea en el campo de la electrónica o en el proceso de producción de energía limpia.

“Los materiales que habíamos estado estudiando hasta entonces eran de interés para aplicaciones en emisores de luz, como los LED. Ahora, estoy tratando de concentrarme más en la investigación de materiales para células fotovoltaicas, en particular, y esta nueva clase de materiales que son las perovskitas”, dice.

“Espero ver a muchos investigadores de todo el mundo utilizando los equipos que hemos desarrollado y contribuyendo al avance de la ciencia en diversas áreas, porque eso es lo que necesita la humanidad: más ciencia para resolver problemas sociales. Sabemos que los problemas abundan”, dice. “Las posibilidades son enormes, pero también lo son las necesidades. Estamos en un momento delicado para la ciencia y la humanidad. Necesitamos urgentemente solucionar los problemas tanto en materia energética como los vinculados a la emergencia climática”, advierte.

Fuente: Unicamp