Tendencias21
Haider, Rose y Urban, premiados por revolucionar la microscopía electrónica

Haider, Rose y Urban, premiados por revolucionar la microscopía electrónica

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 su técnica de microscopía electrónica «de transmisión con corrección de aberración», que aumenta «de forma exponencial» el poder de resolución del microscopio electrónico, ofreciendo «precisión subatómica”. Su avance, desarrollado en los años 90, cuando nadie invertía ni investigaba ya en el asunto, se expandió rápidamente a principios de siglo.

Haider, Rose y Urban, premiados por revolucionar la microscopía electrónica

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 ofrece precisión subatómica”.

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. De hecho, 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.

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

El microscopio de Haider, Rose y Urban, señala la nota de prensa de la Fundación, 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.

Aplicaciones

Como señala el acta del jurado, la microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberración –el nombre de la técnica de Haider, Rose y Urban– “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 financiación 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.

En el acta se destaca la tenacidad de los galardonados: “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. La perseverancia de Maximilian Haider, Harald Rose y Knut Urban durante la siguiente década dio lugar a la comprensión, el desarrollo y la puesta en marcha de técnicas de corrección de la aberración en la óptica electrónica”.

La forma de trabajar de los galardonados, en equipo, también se resalta en el acta. Rose es autor del trabajo teórico que solucionaba el problema de base, relacionado con la distorsión de la imagen que provoca la propia lente –un fenómeno llamado aberración esférica–; Haider construyó un prototipo de microscopio electrónico de transmisión con aberración corregida; y Urban lo convirtió en una plataforma de trabajo útil en ciencia de materiales.

“Una gran sorpresa”

Los tres galardonados se mostraron ayer por teléfono 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. Podemos ver las posiciones de los átomos, podemos medirlas con una precisión de unos 50 picómetros. Eso te permite ver cómo los materiales interaccionan entre sí a escala atómica, y deducir las propiedades macroscópicas del material a partir de sus características microscópicas”.

Los nuevos microscopios electrónicos también son útiles en biología –muestran, por ejemplo, virus–. Frente a los microscopios electrónicos convencionales, tienen la ventaja de que son menos agresivos con las muestras biológicas.

La idea

Sobre por qué decidieron enfrentarse a un reto al que muchos de sus colegas habían renunciado, tanto Haider como Urban dicen haber estado convencidos, en su día, de que el problema tenía solución.

Los tres investigadores, de diferentes instituciones y con líneas de investigación distintas dentro de la ciencia de materiales, coincidieron en una conferencia en la que Rose había expuesto su trabajo teórico en 1989. “Tuve la idea para resolver la cuestión en cinco minutos, pero me costó veinte años llegar a esos cinco minutos”, recuerda Rose.

“Y era una idea muy buena”, cuenta Urban, que en la época tenía ya una reputación muy sólida. Los tres decidieron colaborar y pedir fondos públicos, sin saber que ya entonces Estados Unidos 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 –explica Urban– financia investigación “no necesariamente tan próxima a los desarrollos prácticos”.

Urban reconoce que fue un paso arriesgado en su carrera, dado lo difícil del reto; “¡Pero si no te arriesgas no descubres nada!”, dice. Y resalta la paradoja de que una investigación para la que costó encontrar fondos “ha generado muy rápidamente resultados industriales”.

Él siempre declaró estar interesado solo en la ciencia, por lo que no figura en muchas de las patentes que protegen esta técnica, pero apoya “totalmente” que una investigación básica redunde en desarrollos industriales.

“Cuando empecé a trabajar con Rose y Haider todos los equipos que compraba en mi laboratorio venían de Japón. Los fabricantes europeos abandonaban el sector porque faltaban productos nuevos, faltaba innovación”.

Jurado internacional

El jurado de esta categoría ha sido presidido por Theodor W. Hänsch, director de la División de Espectroscopia Láser del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) y premio Nobel de Física 2005; actuando como secretario Avelino Corma, profesor de investigación del Departamento de Catálisis del Instituto de Tecnología Química del CSIC-Universidad Politécnica de Valencia (España).

Los vocales han sido Ignacio Cirac, director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania); Trevor Hastie, catedrático John A. Overdeck de Ciencias Matemáticas en la Universidad de Stanford (EE. UU.); Nigel Hitchin, catedrático Savilian de Geometría de la Universidad de Oxford (Reino Unido); Martin Quack, catedrático de Química-Física en la Escuela Politécnica Federal (ETH) de Zúrich (Suiza); y Sandip Tiwari, catedrático Charles N. Mellowes de Ingeniería en la Universidad de Cornell (Estados Unidos).

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • La lluvia colabora con el océano para atrapar más carbono 30 octubre, 2024
    Hasta el momento, la lluvia ha sido ignorada en los cálculos de la capacidad del océano para absorber dióxido de carbono (CO2), pero una nueva estimación indica que las precipitaciones mejoran la capacidad del océano para atrapar las emisiones entre un 5 % y un 7 %, cumpliendo un papel vital en el ambiente. Este […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los animales se vuelven menos sociables con el avance de la edad, al igual que los humanos 30 octubre, 2024
    Una serie de estudios científicos en torno al comportamiento de cientos de especies de animales revela que las variedades más sociables amplían su expectativa de vida y se reproducen por más tiempo. Además, los investigadores descubrieron que algunas especies, al igual que los seres humanos, tienden a reducir sus relaciones sociales a una edad avanzada: […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los gorilas occidentales votan para tomar decisiones colectivas 30 octubre, 2024
    Un nuevo estudio desmonta la creencia de que, entre los grandes simios, es el macho dominante quien decide por todo el grupo. Entre los gorilas occidentales de la República Centroafricana, cada individuo tiene voz y voto, especialmente cuando se trata de cambiar de asentamiento.
    Redacción T21
  • Podemos comprender oraciones escritas en un parpadeo 29 octubre, 2024
    Nuestro cerebro puede entender oraciones escritas en lo que dura el parpadeo de un ojo, según revela un nuevo estudio. Los científicos descubrieron que el procesamiento del lenguaje escrito ocurre a velocidades significativamente más rápidas de las necesarias para hablar o comunicarse en voz alta.
    Pablo Javier Piacente
  • El beso humano habría comenzado como un ritual de acicalamiento de los simios 29 octubre, 2024
    El acto final del aseo de los simios implica labios sobresalientes y una ligera succión, para eliminar los desechos o parásitos, un comportamiento que persistió incluso cuando su función higiénica disminuyó. Un nuevo estudio sugiere que esta conducta refleja la forma, el contexto y la función de los besos humanos modernos.
    Pablo Javier Piacente
  • Thriller policial en la arqueología: el ADN confirma una leyenda nórdica de 800 años 29 octubre, 2024
    Un fascinante descubrimiento arqueológico en Noruega ha arrojado nueva luz sobre un misterioso episodio de la historia medieval del país. Revela que hace 800 años existió una deriva genética única que se puede observar entre los actuales habitantes del sur del país.
    Redacción T21
  • Descubren moléculas complejas de carbono en el espacio interestelar 28 octubre, 2024
    Un equipo de investigadores ha descubierto grandes moléculas que contienen carbono en una distante nube interestelar de gas y polvo: el hallazgo muestra que las moléculas orgánicas complejas, que incluyen carbono e hidrógeno, probablemente existieron en la nube de gas frío y oscuro que dio origen a nuestro Sistema Solar.
    Pablo Javier Piacente
  • El colapso de una corriente oceánica clave podría tener impactos catastróficos en todo el planeta 28 octubre, 2024
    Los científicos ya no consideran de baja probabilidad el colapso de la Circulación de Volteo Meridional del Atlántico (AMOC), que incluye a la Corriente del Golfo: se trata de una de las corrientes oceánicas más importantes para el equilibrio ambiental y climático global, y su debilitamiento provocaría eventos climáticos extremos, trayendo mucha más inestabilidad y […]
    Pablo Javier Piacente
  • Desafío a la consciencia: la cognición puede existir en organismos sin cerebro 28 octubre, 2024
    Una nueva investigación ha comprobado que los hongos muestran indicios de cognición y consciencia mínima, sin tener cerebro ni sistema nervioso para percibir el entorno ni tomar decisiones. Su comportamiento sigue patrones cognitivos para asegurar su supervivencia y crecimiento, todo un desafío a lo que sabemos sobre la consciencia.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Nuestra percepción del tiempo se modifica de acuerdo con lo que vemos 27 octubre, 2024
    Una nueva investigación revela que diferentes estímulos visuales pueden distorsionar significativamente la percepción humana del tiempo: ver escenas más destacadas y memorables puede crear la impresión de que el tiempo avanza más lentamente, en tanto que las imágenes desordenadas y caóticas comprimen la percepción del tiempo, haciendo que parezca acelerarse.
    Pablo Javier Piacente