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Comillas Nanespuma CastroUn equipo de investigación formado por científicos de la Universidad Carlos III, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y Comillas ICAI-ICADE ha descubierto que las espumas de tamaño nanométrico siguen las mismas leyes universales que la espuma de jabón: las burbujas pequeñas van desapareciendo en favor de las grandes. Han llegado a esta conclusión tras producir y caracterizar una nanoespuma formada mediante irradiación iónica sobre una superficie de silicio. El estudio, publicado recientemente en la revista Physical Review Letters, describe la evolución de estas nanoestructuras a lo largo del tiempo de irradiación. Mario Castro, profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI), es uno de los cuatro científicos que han trabajado en la investigación.


Los investigadores realizaron un experimento que consistía en "bombardear" una pequeña placa de silicio con partículas energéticas de un plasma, para observar cómo reaccionaba la superficie de este cristal ante diversos "ataques" de ese tipo de irradiación iónica. "En principio estábamos estudiando otros métodos de erosión y buscábamos una estructura estriada en el borde de la muestra tras aplicar esta técnica pero, al mirar al centro, observamos una estructura celular que nos llamó la atención por su parecido con otros muchos sistemas, naturales y artificiales", revela Castro.


Se pueden encontrar estructuras celulares más o menos desordenadas en muchos sistemas naturales: desde la piel de animales como la jirafa hasta la espuma del jabón o de la cerveza, pasando por la convección en fluidos microscópicos, paisajes de columnas basálticas o diversos materiales cristalinos. Este orden particular también se evidencia en estructuras artificiales e, incluso, políticas, como en la arquitectura moderna o la demarcación de las provincias en los mapas.
"Resulta interesante constatar que las mismas leyes universales que regulan el comportamiento de las estructuras celulares en otros sistemas también rigen en la nanoescala", comenta Rodolfo Cuerno, de la Carlos III. "Además, es la primera vez que la evolución de un sistema de este tipo se reproduce bastante bien con una única ecuación diferencial", que también se aplica en otros sistemas. La validez del modelo de este estudio implica que la formación de ciertos patrones auto organizados y la dinámica de las espumas serían manifestaciones distintas de un mismo principio.


"Los resultados de este trabajo nos ayudan a entender cómo evolucionan ciertos sistemas materiales ante la presencia de un agente externo como es, en este caso, la irradiación iónica. Además, tienen un interés práctico, tanto por la importancia de las aplicaciones tecnológicas del silicio, como por las dimensiones nanométricas en las que se desarrolla el fenómeno", explica Luis Vázquez, del Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC.


Las observaciones experimentales se han realizado usando un microscopio de fuerza atómica, una máquina con una gran precisión. Este tipo de microscopios tiene una enorme resolución: distinguen variaciones en altura hasta de un nanómetro (la millonésima parte de un milímetro) y desplazamientos en el plano horizontal de unos diez nanómetros.
La investigación puede tener más aplicaciones en el futuro ya que, en general, se buscan métodos para producir estructuras con dimensiones nanométricas para usos diversos, comentan los científicos. Por ejemplo, para obtener condiciones favorables en ciertas reacciones químicas catalíticas, para optimizar el desplazamiento de fluidos en circuitos a escalas tan pequeñas o en optoelectrónica, o para generar luz láser si determinadas estructuras están suficientemente ordenadas.



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