Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Program 2006
Explorando los límites materiales: más rápido, más pequeño, más complejo
Resumen de la conferencia por:

Jesús Santamaría Antonio
Doctor en Ciencias Químicas 1974 y Catedrático de Química Física desde 1983. Fue Secretario de la Real Sociedad Española de Química y ha sido Decano de la Facultad de Ciencias Químicas de la UCM (1998-2006) y Presidente de la Conferencia de Decanos de Química. Es miembro del Consejo Directivo del Laboratorio Europeo LENS de Florencia y Coordinador del Master Europeo Advanced Spectroscopy in Chemistry. Académico de Número de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
 
texto completo publicado de la conferencia (pdf - 344 kb.)

resumen

Frente al lema del atletismo olímpico "citius, altius, fortius" (más rápido, más grande, más fuerte) tomado de la antigüedad clásica, la Ciencia y Tecnología actuales se mueven hacia los límites indicados en el título relativos al tiempo, espacio y materia. Ese cambio se debió a la superación del concepto de continuo matemático aplicado a la materia ordinaria y a la confirmación de la teoría atómico-molecular en el siglo XIX. Por otra parte, las dos revoluciones científicas de principios del XX (Relatividad y Mecánica Cuántica) han supuesto, por un lado, el abandono de los conceptos independientes de espacio, tiempo y materia ordinarios y, por otro, la superación del principio de causalidad y del determinismo de muchos conceptos (sujeto, objeto, medida neutra, etc.) por unas condiciones de posibilidad de lo real observable regidas por comportamientos estadísticos.

En esta comunicación nos referimos al micromundo ordinario, compuesto por núcleos atómicos y electrones y gobernado por fuerzas electromagnéticas (que actúan mediante fotones), las cuales dominan las interacciones microscópicas, entre las que destacan las fuerzas y enlaces químicos. Consiguientemente, mostraremos los nuevos efectos y propiedades, tanto de tamaño como cuánticos, que aparecen al disminuir el tamaño de la muestra y el tiempo de interacción con la luz, lo que nos permitirá acceder a la complejidad estructural y dinámica en la nanoscala atómico-molecular. Nos referimos, por tanto, a un rango de escalas mucho más limitado que el definido por el tiempo y la longitud de Planck.

El pistoletazo de salida en esta exploración de límites la dio R. Feynman en 1959 con una conferencia titulada: ”Hay mucho sitio por debajo”. Veremos en la descripción de las carreras frente a tiempo y tamaño, que ambas no son independientes al ir disminuyendo el tamaño de la muestra y acercarnos al de los agregados atómicos. Partiendo de la relación entre longitud (<10-9 m = 1 nanómetro) y energía de enlace (~ unos pocos electronvoltios) en los agregados atómicos, y recordando la frecuencia del fotón (E=hν) que proporciona esa energía por interacción coherente con la materia (ν~1014s-1), todo ello nos conduce a un período temporal del orden de 10 femtosegundos (1 femtosegundo=10-15s). Por tanto estamos en una correlación de escalas nano (tamaño) versus femto (tiempo), es decir la Nanociencia está ligada a la Femtociencia. Desde el punto de vista práctico la Nanotecnología se refiere a muestras con alguna dimensión por debajo de los 100 nanómetros. Por otra parte, la coherencia en la interacción de pulsos ultracortos de luz con la materia, crea paquetes de onda cuánticos con resolución Δx=p/mΔt, que en el caso de los átomos en moléculas para pulsos láser conduce a la Femtoquímica, y en el caso de electrones en órbitas atómicas para pulsos de RX nos lleva a la Attofísica (1 attosegundo=10-18s).

Veremos también que, en la carrera de la complejidad, muy relacionada con los aspectos tecnológicos (no olvidemos que es precisamente a la evolución de los chips en ordenadores a la que se ha aplicado el lema de esta charla) ha jugado un papel importante la imitación de la Naturaleza, en concreto de las nanoestructuras orgánicas (macromoléculas, complejos proteínicos, células vivas, orgánulos, motores moleculares, etc.) o cuasi inorgánicas (cáscaras, huesos, etc.). Mostraremos por tanto, para finalizar, algunos ejemplos de nanoestructuras sintéticas, que están llenando extensísimas áreas de aplicación en Materiales (nanopartículas, nanotubos, puntos cuánticos, etc.), Electrónica (fibras ópticas, ordenadores cuánticos, circuitos integrados, etc.), Medicina (administración de fármacos, regeneración de tejidos, biosensores, etc.) y Energía (células solares y de combustible, fotosíntesis artificial, etc.) y a las que ningún país puede dejar de prestar atención so pena de perder el futuro de sus habitantes.