MONTREAL – Gracias a la colaboración entre varias instituciones importantes de Quebec, la Polytechnique Montréal acoge en sus instalaciones la sonda atómica tomográfica más poderosa de América del Norte, según supo por primera vez La Presse Canadienne.
Esta sonda permite a los investigadores identificar la composición de una muestra átomo por átomo, pero también mapear con precisión la ubicación de cada átomo.
Las posibles aplicaciones prácticas son numerosas, desde el desarrollo de nuevos tratamientos contra la osteoporosis hasta el desarrollo de trenes de aterrizaje más robustos.
“No estamos jugando simplemente con Legos con átomos”, afirmó el director científico de la plataforma PolyAPT, el profesor Oussama Moutanabbir, del departamento de ingeniería física del Polytechnique Montréal. Si queremos entender la posición de los átomos, no es sólo por el placer de hacerlo, sino para entender el comportamiento de un material y por qué se degradará”.
La sonda tomográfica de átomos Invizo 6000 analiza la composición atómica de una muestra eliminando sus átomos uno por uno para generar una imagen tridimensional del objeto con un nivel de detalle sin precedentes. Un espectrómetro de masas integrado identifica no sólo la naturaleza de cada átomo, sino también su forma isotópica. La herramienta es tan sensible que reconoce los átomos más pequeños, incluso los de hidrógeno y litio.
El instrumento podría ayudar a desarrollar materiales de vanguardia para aplicaciones en tecnologías de información cuántica; nanoelectrónica; optoelectrónica; conversión y almacenamiento de energía; aleaciones metálicas para la industria aeroespacial; tecnologías biointegradas; y biomateriales.
La tecnología también permite considerar el diseño de nuevas generaciones de semiconductores y materiales cuánticos sensibles a las variaciones atómicas y a las impurezas. El dispositivo finalmente abre el camino a un mejor conocimiento de las estructuras finas, como las del interior de las baterías o de los tejidos biológicos como los huesos.
La adquisición de un dispositivo tan sofisticado, como podrás imaginar, no se produjo chasqueando los dedos. El proceso comenzó hace siete años y finalmente requirió una asociación entre la Universidad de Montreal, la École de Technologie Supérieure, la Universidad McGill y la Universidad de Sherbrooke para recaudar los millones de dólares necesarios.
Las muestras que analiza la sonda son aproximadamente mil veces más pequeñas que un cabello humano. Cortados en forma de aguja, se congelan a una temperatura de –230 grados centígrados y se someten a un intenso campo eléctrico. Luego, las pulsaciones de un láser “eleven” los átomos a la superficie para poder analizarlos.
“Estos intensos campos eléctricos hacen que los átomos de la superficie se ‘suelten'”, explicó el profesor Mouttanabir. Luego se necesitan unos cientos de pulsos (láser) para arrancar el átomo y, una vez arrancado, será impulsado hacia el detector”.
El tiempo que tarda el átomo en viajar hasta el detector permite a los investigadores determinar su masa e identidad química. El lugar donde el átomo golpea el detector permite calcular dónde se encontraba en la superficie de la muestra.
El dispositivo ya ha producido resultados que encienden la imaginación, como esta muestra de meteorito que analizaron el profesor Mouttanabir y sus colegas.
“Descubrimos que el meteorito es anterior a la creación del sistema solar, por lo que tiene más de cinco mil millones de años”, afirmó el investigador.
Uno de los colaboradores del profesor Mouttanabir está trabajando, en colaboración con la industria, para desarrollar la próxima generación de escáneres de rayos X.
Para detectar el cáncer lo antes posible, afirmó, necesitamos detectores altamente eficaces. Y un elemento clave de esta eficiencia es la homogeneidad a escala atómica de los materiales utilizados para los exámenes de rayos X.
El nuevo dispositivo, afirmó el profesor Moutanabir, nos permite “ver dónde están colocados los átomos, y su posición y distribución dictarán el rendimiento de los detectores”. Y si el material utilizado es más uniforme, se necesitarán menos rayos X para obtener el mismo resultado, afirmó.
“También es importante para todo lo relacionado con la seguridad”, añadió el profesor Mouttanabir. Pronto, en los aeropuertos, tendremos detectores (tan eficientes) que ya no necesitaremos vaciar nuestras maletas”.
La adquisición de esta máquina permite, en cierto modo, “cerrar el círculo” al profesor Mouttanabir, cuya carrera científica se inició de alguna manera con una fotografía borrosa de un átomo vista en un libro de ciencia cuando era muy joven.
“Para mí fue un shock. ¿Podemos ver un átomo?, dijo para concluir. Entonces siempre me fascinó controlar la posición del átomo. En todos mis laboratorios queremos crear materiales átomo a átomo. Tomamos bolsas de átomos, las agitamos y, si tenemos las condiciones adecuadas, los átomos se organizarán y crearán algo útil”.
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