En el universo de lo muy pequeño
Un equipo de investigadores, liderados por Fernando Stefani, se sumerge en el mundo de lo muy pequeño para estudiar cómo se comportan los materiales a escalas de una millonésima parte de un milímetro. Realizan trabajos experimentales para diseñar nuevos nanomateriales, construir instrumentos y diseñar nuevos métodos de medición.
En el universo de lo muy pequeño, la unidad de medida que gobierna es el nanómetro (nm), que equivale a una millonésima parte de un milímetro. En esas dimensiones tan pequeñas las cosas pueden no suceder de la manera a la que estamos acostumbrados a verlas en nuestra escala. Al estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones se dedica la nanociencia.
“En el rango de tamaños entre uno y cien nanómetros, los materiales presentan propiedades que pueden ser totalmente diferentes de las encontradas en porciones macroscópicas”, abre el diálogo Fernando Stefani, director del Grupo de Investigación en Nanofísica Aplicada que funciona en el Departamento de Física. “Estas nuevas propiedades, que son en muchos casos el resultado de efectos de confinamiento o de superficie, constituyen el foco de la nanociencia y la nanotecnología”, agrega.
“La nanociencia es un área de investigación altamente interdisciplinaria, y gana gradualmente terreno y forma en las intersecciones entre disciplinas clásicas como física, química, biología y ciencia de materiales”, sostiene Stefani.
En sus investigaciones, los científicos exploran las propiedades y aplicaciones tecnológicas de materiales en la nanoescala, incluyendo nanopartículas, materiales nanoestructurados y nanosistemas híbridos, es decir, tanto orgánicos como inorgánicos. En el Grupo se realizan trabajos experimentales para el diseño y la preparación de nuevos nanomateriales, para la construcción y desarrollo de instrumentos y métodos de medición, para la caracterización y aplicación de nanomateriales en diversas investigaciones de física y biofísica y para otras necesidades tecnológicas.
Una de las líneas desarrolladas por los investigadores está dedicada al estudio del calentamiento plasmónico de nanopartículas metálicas. Los denominados “plasmones”, que tienen comportamientos sorprendentes, como la capacidad de emitir de manera controlada luz y calor, resultan de la interacción de la luz con los electrones de una nanopartícula metálica.
Este fenómeno físico es la respuesta óptica de las nanopartículas metálicas cuando se les envía una determinada luz. Para un tipo de luz bien definido la nanopartícula va a tener una “resonancia óptica” que, por una parte, genera un campo de luz muy intenso y concentrado en su superficie, y por otra, produce el calentamiento de la partícula. El plasmón es ese efecto de resonancia que caracteriza la interacción de la luz con estas nanopartículas, produciendo tanto el campo intenso y localizado como el calentamiento.
“Los electrones de una nanopartícula metálica se encuentran móviles como en un metal, pero confinados al volumen de la nanopartícula. En presencia de un campo eléctrico como el de la luz, los electrones se desplazan de sus posiciones de equilibrio, y sienten una fuerza restauradora ejercida por los núcleos positivos que abandonaron, lo cual lleva a un movimiento oscilatorio de los electrones. Esta oscilación tiene una frecuencia natural que ocurre en el rango óptico, es decir de la luz visible, y depende del tamaño, la forma y el material de la nanopartícula.
Cuando son iluminadas en su resonancia de plasmones las nanopartículas metálicas pueden convertir eficientemente luz en calor. Nosotros investigamos esa generación de calor y la explotamos en un número de aplicaciones de nanofísica, como por ejemplo para detectar ópticamente nanopartículas muy pequeñas o para realizar mediciones de termodinámica en la nanoescala”, explica.
Otras de las líneas de investigación que comienzan a desarrollarse en el Grupo consiste en la fabricación de circuitos y dispositivos donde las nanopartículas son los componentes vitales. “Para ello estamos implementando una técnica de impresión láser de nanopartículas donde aplicamos fuerzas ópticas sobre nanopartículas para fijarlas en posiciones específicas de un substrato (se puede ver un video en http://www.nano.df.uba. ar/laser-printing-nanoparticles). Entre otras cosas, con esta técnica planeamos investigar diversos diseños de antenas ópticas”, anuncia Stefani.
Una tercera línea se encarga de desarrollar un método óptico para detectar nanopartículas superparamagnéticas. Si esta propuesta de Stefani prospera, se podrán realizar pinzas magnéticas para nanopartículas muy pequeñas, menores a los 30 nm, lo cual habilita un gran número de aplicaciones en biofísica.
Tras nueve años de estadía en Europa, Fernando Stefani está recientemente instalado en Argentina, armando su nuevo grupo de investigación. Para ello cuenta con el apoyo del programa de Recursos Humanos, de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, de la Fundación Argentina de Nanotecnología y, recientemente, de la Sociedad Max Planck, estableciendo un grupo asociado del Instituto Max Planck de Biofísicoquímica. Con ellos se está encarando un proyecto donde se investigarán nuevas aplicaciones de la microscopía de fluorescencia con depleción por emisión estimulada (STED) en colaboración con el grupo de Stefan Hell.
Grupo de Nanofísica Aplicada (Departamento de Física)
Primer Piso. Pabellón I. 4576-3390 al 97 interno 836
Dirección: Fernando Stefani.
Tesistas de doctorado: Jesica Pellegrotti.
Tesistas de grado: Andrés Benassi, Fernando Díaz.
