Los tres investigadores se enfrentaron a un problema que obstaculizaba el desarrollo de la nanotecnología y que era considerado en gran medida irresoluble: la baja resolución de la microscopía electrónica.

Ciudad de México.- El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas ha sido concedido en su sexta edición a los físicos alemanes Maximilian Haider, Harald Rose y Knut Urban 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”.

Mientras agencias estatales decidían dejar de financiar esta línea de investigación, los ganadores formaron un equipo con el objetivo de encontrar una solución. En menos de una década no solo tenían una respuesta teórica, sino también un prototipo de microscopio.

Su técnica 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 así cómo se mueve cada átomo, y cómo interacciona con los demás con una nitidez nunca alcanzada antes. 

El microscopio electrónico funciona a partir de la imagen de los átomos, relaciona qué comportamiento les corresponde con una determinada propiedad y analiza su conductividad o dureza.

La candidatura ha sido presentada por Achim Bachem, presidente del Centro de Investigación Jülich y vicepresidente de la Asociación Helmholtz de Centros Nacionales de Investigación de Alemania. Según el nominador, la contribución de los galardonados “llega en un momento en el que el desarrollo de las nano ciencias, en particular las derivadas de la física y la química, demandan instrumentos de alta resolución para investigación, síntesis y validación de tecnologías”. 

Ver átomos para predecir propiedades

El microscopio de Haider, Rose y Urban 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 pueden ser la conductividad o la dureza. De esta forma, basta emular ese modelo de comportamiento para lograr dicha propiedad. Así se facilita enormemente el diseño de materiales con propiedades a medida y se multiplican las posibles aplicaciones, ya sea en electrónica o en biomedicina. 

Como señala el acta del jurado, la microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberración –el nombre de la técnica creada por los investigadores laureados– “es hoy clave en muchas áreas de la ciencia aplicada y fundamental”. Con ella es posible “estudiar las consecuencias de los sutiles cambios atómicos de las propiedades de los materiales y la dinámica de las interacciones en posiciones atómicas específicas”.

Entre otros campos, se está utilizando para la investigación de materiales como el grafeno, de nuevas técnicas para la miniaturización de chips y en biología molecular.

Una muestra de la importancia de este desarrollo es la rapidez con que ha sido acogido por la comunidad científica. Haider, Rose y Urban obtuvieron financiamiento para su trabajo en 1991 y terminaron su prototipo en 1997. En 1998 publicaron las primeras imágenes en la revista Nature y en 2001 lo presentaron públicamente durante un encuentro científico en San Francisco. En 2003 ya estaban en los laboratorios los primeros microscopios comerciales. Hoy hay ya varios cientos en todo el mundo –dos de ellos en España–, a pesar de que su precio puede alcanzar los 400 millones de euros. 

 “Una gran sorpresa”

Los tres galardonados se mostraron agradecidos y sorprendidos. ”Me siento muy feliz. Realmente no pensaba que nos lo fueran a dar”, dijo Haider, destacando la importancia de conocer la estructura atómica de los materiales para poder mejorarlos y crear, por ejemplo, “chips de memoria para los teléfonos móviles”. 

Según Haider las ventajas de la técnica desarrollada por estos tres investigadores frente a la microscopía de efecto túnel –que, aunque con menor resolución, también llega a escala atómica– es que mientras “la microscopía de efecto túnel permite ver los átomos, sólo lo consigue en la superficie de las muestras, nosotros vemos a través del material“.

 “Y era una idea muy buena”, contó Urban, que en la época tenía ya una reputación muy sólida. Los tres decidieron colaborar y pedir fondos públicos, sin saber que ya entonces EU había renunciado a tratar de aumentar la resolución de la microscopía electrónica. Pero Rose, que se confiesa testarudo, estaba convencido de lograrlo porque “no hay ninguna ley física que lo impidiera”. Contrariados por el rechazo de sus propuestas, Haider, Rose y Urban acudieron a la Fundación Volkswagen, que –explicó Urban– financia investigación “no necesariamente tan próxima a los desarrollos prácticos”.