El microscopio de precisión subatómica, premio Fronteras del Conocimiento

Maximilian Hailer, Harald Rose y Knut Urban reciben el galardón de la Fundación BBVA por el desarrollo de un instrumento que abre nuevas vías al desarrollo de las nanociencias

Los físicos Harald Rose, Maximilian Hailer, y Knut Urban (de izquierda a derecha) galardonados con el Premio Fronteras del Conocimiento en ciencia básica. / FUNDACIÓN BBVA

Los físicos alemanes Maximilian Hailer, Harald Rose y Knut Urban reciben este año el Premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas por “aumentar de forma exponencial el poder de resolución del microscopio electrónico al desarrollar una óptica electrónica que ha supuesto un avance que ofrece precisión subatómica”, señala la Fundación BBVA que otorga el galardón. Los tres premiados formaron un equipo, lograron financiación y, en una década, resolvieron el problema de la precisión subatómica que otros daban por imposible, y diseñaron un prototipo. Fue en la década de los noventa y poco después ya estaban funcionando los primeros equipos comerciales en los laboratorios. Ahora hay en operación varios centenares de microscopios de este tipo en todo el mundo (dos de ellos en España, en el Instituto de Nanociencia de Aragón y en la Universidad Complutense, de uso abierto a la comunidad científica), con un precio que puede alcanzar los tres millones de euros.

La técnica desarrollada por Hailer, Rose y Urban “es la única que permite explorar la materia en la escala del picómetro, el equivalente a una centésima del diámetro de un átomo de hidrógeno –la billonésima parte de un metro; se puede ver cómo se mueve cada átomo y cómo interacciona con los demás con una nitidez nunca alcanzada antes”, señala la Fundación BBVA. Este microscopio permite cumplir una antigua aspiración de los físicos: a partir de la imagen de los átomos, relacionar qué comportamiento se corresponde con una determinada propiedad, como su conductividad o la dureza. Esto facilita enormemente el diseño de materiales con propiedades a medida y se multiplican las posibles aplicaciones tanto en electrónica como en biomecidina o nuevos materiales.

Esta técnica denominada de microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberración, permite “estudiar las consecuencias de los sutiles cambios atómicos de las propiedades de los materiales y la dinámica de las interacciones en posiciones atómicas específicas”, indica el acta del jurado. Y añade: “hace poco más de dos décadas la resolución de los microscopios electrónicos utilizados para explorar materiales (…) parecía haber alcanzado un límite infranqueable y, tras perder la esperanza, la atención de la comunidad se centró en otros aspectos. Pero el enfoque de Haider (catedrático del instituto Tecnológico de Karlsruhe), Rose (profesor de la Universidad de Ulm) y Knut (director del Instituto de Investigación en Estado Sólido) “dio lugar a la comprensión, el desarrollo y la puesta en marcha de técnicas de corrección de la aberración en la óptica electrónica”, recalca el jurado. Los tres físicos, cuando parecía que se había renunciado a tratar de aumentar la resolución de la microscopía electrónica y no había financiación pública para esta línea de investigación, con el convencimiento de que no había ninguna ley física que lo impidiera, lograron financiación privada (de la Fundación Volkswagen) para su proyecto y lo culminaron con éxito.

Rose hizo el trabajo teórico que solucionada el problema de la distorsión de la imagen, Haider construyó el prototipo y Urban lo convirtió en una plataforma de trabajo para ciencia de materiales.

Haider destaca que las ventajas de la técnica desarrollada por ellos frente a la de microscopía de efecto túnel, que también llega a escala atómica, aunque con menos resolución, es que mientras esta última “permite ver los átomos, solo lo consigue en la superficie de las muestras, mientras que nosotros vemos a través del material, podemos ver las posiciones de los átomos y podemos medirlas con una precisión de unos 50 picómetros; esto te permite ver cómo los materiales interaccionan entre sí a escala atómica y deducir las propiedades macroscópicas a partir de sus características microscópicas”. En biología, estos nuevos equipos avanzados son menos agresivos con las muestras que los microscopios electrónicos convencionales.

El jurado de este galardón está formado exclusivamente por científicos de alto nivel internacional (siete en total, dos de ellos españoles, Avelino corma e Ignacio cirac), presidido por Theodor W. Hänsch. En estos premios la Fundación BBVA cuenta con la colaboración del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que designa comisiones técnicas de evaluación en cada categoría para realizar una primera valoración de las candidaturas y, posteriormente, elevan al jurado una propuesta razonada de finalistas. El CSIC también designa a los presidentes de los jurados.

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