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Dra. Cecilia Noguez Garrido
(Parte 1)
La comprensión de las propiedades ópticas de nanopartículas nos proporciona una serie de aplicaciones importantes en áreas como salud, energía, medio ambiente y muchas más.
La nanociencia y la nanotecnología es uno de los grandes temas de la física de este siglo. La palabra “nano” tiene raíces griegas y significa “muy, muy pequeño”. En ciencia,—nano— se usa como prefijo y denota la mil millonésima parte de algo. Por ejemplo, un nano segundo es la mil millonésima parte de un segundo y lo denotamos como 10-9 s o 0.000 000 001s, lo mismo ocurre con nanogramo (10-9 gr) y con el nanómetro que es la mil millonésima parte de un metro o 10-9 m, que también denotamos como 1 nm.
Con la finalidad de tener una idea de lo que significa fabricar, observar y manipular objetos a escala nanométrica, propongo este ejercicio: Tenemos una tira de papel que mide exactamente un metro de largo y ahora lo dividimos en diez partes iguales, cada una de estas partes es igual a un decímetro o 10-1 m. Cortemos con unas tijeras una de estas partes y dividamos el pedazo nuevamente en diez partes iguales. Cada una de estas partes es igual a un centímetro o 10-2 m. Repitamos el mismo procedimiento una vez más, obteniendo el milímetro o 10-3 m. En esta etapa nos damos cuenta de que para llegar a la escala nanométrica es necesario repetir el procedimiento exactamente nueve veces, esto no parece demasiado. Sin embargo, para continuar vemos que ya no es suficiente utilizar una tijera y una regla, ahora necesitaremos instrumentos más precisos para medir, sujetar y cortar la décima parte del milímetro. De esta manera podemos intuir que para llegar a una escala nanométrica nos enfrentamos con retos científicos y tecnológicos que requieren instrumentos y herramientas precisas. Estos instrumentos involucran microscopios electrónicos de barrido, de transmisión y de fuerza atómica, que nos permiten observar nanopartículas individuales; además de medidas de la respuesta óptica, magnética, térmica, electrónica, entre otras, de un conjunto de partículas. Otro reto es que se requieren técnicas sofisticadas para fabricar las nanoestructuras utilizando tanto métodos físicos como el crecimiento epitaxial, la nanolitografía o deposición molecular en fase vapor, o métodos químicos, como los coloidales y de reducción/oxidación que comúnmente aglutinan átomos para formar estructuras nanométricas.
Existen muchas estructuras en la naturaleza a escala nanométrica, las cuales, hasta hace pocos años podemos observarlas, manipularlas y tener algún control sobre ellas. Un ejemplo es el ADN de los seres vivos que está compuesto por moléculas que forman estructuras nanométricas. De manera similar, algunas bacterias y virus son de tamaño nanométrico. Muchas veces sin saberlo, el hombre ha fabricado dispositivos compuestos de estructuras a escala nanométrica desde hace muchos siglos. Un ejemplo son los coloridos vitrales de las catedrales en Europa que se construyeron a finales de la edad media y durante el renacimiento. Los vitrales se fabricaron incorporando ciertas sales de oro, plata, y/o cobre, entre otros materiales, durante la fabricación del vidrio. Dependiendo del tipo de sal, su cantidad y tiempo de “cocción”, se controlaba el color que presentaba el vidrio al pasar luz a través del mismo. Más adelante veremos a qué se debe esta propiedad.
Referencias
Noguez, C. (2013) “Física a escala nanométrica” Perspectivas de la Física para el Siglo XXI, Miramontes, O.; Volke, K. (editores), CopIt-arXives, ISBN: 978-1-938128-03-5 http://scifunam.fisica.unam.mx/mir/copit/TS0011ES/Noguez.pdf
Garzón I.L., Noguez C. (2005) “Nanociencia y Nanotecnología”, Ciencia y Tecnología 30:46-49.
Noguez, C. (2016) “Comprimiendo la luz”, Ciencia 63 (3), 39-45. http://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/67_3/PDF/ComprimiendoLaLuz.pdf
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