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En menos de tres décadas, los materiales nano-estructurados han revolucionado buena parte de la tecnología que nos rodea: desde dispositivos electrónicos más eficientes y cada vez más pequeños, hasta la nano-medicina o la iluminación artificial.

Un campo tan vasto de investigación y aplicaciones tiene, a partir de ahora, un representante en el Instituto de Física: Arturo Rodríguez Gómez.

El hoy investigador, tuvo desde pequeño una curiosidad natural por entender las cosas que lo rodeaban. “Desde pequeño desarmaba mis carritos, trenecitos y sus motores eléctricos, porque quería entender cómo funcionaban”, relata Arturo cuando intenta recordar cómo inició su vocación científica.

Años más tarde, esta curiosidad se tradujo en un interés por tratar de entender otros aspectos de la física como el electromagnetismo o los fenómenos de cuantización presentes en la naturaleza. Los fenómenos de cuantización es una herramienta clave para comprender el confinamiento cuántico que tiene que ver con la movilidad de electrones y huecos en espacios bastante reducidos, donde el movimiento de las cargas se vuelve discreto y está restringido a niveles específicos de energía.

Aunque tuvo desde muy joven la inquietud de estudiar física, Arturo, motivado por el mundo de las aplicaciones, decidió estudiar ingeniería mecatrónica en el Tecnológico de Monterrey. No se arrepiente. Está convencido que es una carrera que abre un mundo de aplicaciones para la física.

Una de ellas la desarrolló a sus 21 años en el Tec. Utilizó un Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller), una herramienta para la automatización de procesos en ambientes industriales, con el fin de controlar un brazo neumático que pudiera despachar refrescos.

En el año 2006 ingresó a la maestría en el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM (IIM-UNAM), bajo la tutoría de María Elena Sánchez Vergara, experta en materiales, de la Universidad Anáhuac, y Armando Ortiz Rebollo, investigador del IIM-UNAM (†), con quienes logró depositar en película delgada diversos semiconductores orgánicos basados en ftalocianinas (moléculas orgánicas cíclicas de alta planaridad, con múltiples aplicaciones tecnológicas entre las que destacan pigmentación y confección de diodos emisores de luz orgánicos).

Estas películas delgadas permitieron una mejora en el estudio de sus propiedades de absorción y emisión de luz, así como de sus características de movilidad eléctrica.

Cuando llevaba un año en el Instituto Investigaciones de Materiales, decidió viajar a los Emiratos Árabes Unidos debido a que la empresa Schlumberger (la mayor del mundo en servicios al campo petrolero) lo contrató con el puesto de ingeniero de campo para hacer, entre otras cosas, los cálculos de reología (análisis de plasticidad, elasticidad, derrame y viscosidad) de los cementos utilizados para fijar la tubería de servicio del pozo a la formación rocosa.

Ahí pudo aplicar algunos de los conocimientos que había adquirido en la carrera, sin embargo, no logró sentirse completamente satisfecho. Después de un año, la lejanía respecto a su país y la diferencia de culturas lo trajeron de vuelta para continuar sus estudios de posgrado.

“Después de que estudié la maestría pude aplicar muchas de las cosas de la física a los materiales, en especial a los materiales nano-estructurados”. En este universo, de hecho, encontró lo que se volvería su gran pasión: el silicio nano-estructurado.

Silicio como emisor de luz

El silicio nano-estructurado es un material que ha cobrado mucha importancia desde finales del siglo pasado ya que el silicio además de ser el elemento semiconductor más utilizado en la industria microelectrónica, cuando es confinado en regiones menores a 10 nanómetros, también puede ser un buen emisor de luz.

Una manera de controlar el tamaño del silicio para hacer de él un emisor de luz es mediante la síntesis de puntos cuánticos de silicio cuya característica más importante es que al ser iluminado, el material re-emite luz en una longitud de onda mayor que la longitud de onda de iluminación y que depende del nivel de confinamiento (tamaño del punto cuántico).

Este material puede utilizarse para iluminación artificial, para aumentar la eficiencia de celdas fotovoltaicas, como foto-catalizadores y también como marcadores de células cancerígenas.

“Si confinas al silicio, puedes modular las características y eficiencia de emisión, y eso puede ser aplicado en semiconductores”, explica.

A pesar de su paso por Medio Oriente y por otras instituciones, Arturo no puede negar el cariño y el orgullo que le provoca la UNAM. Cuando estaba en su segunda estancia posdoctoral en el Instituto de Física, se enteró de la convocatoria para contratar nuevos investigadores, mandó su solicitud y, después de un escrupuloso proceso de selección, ganó la plaza como investigador asociado.

Ahora en el IF, la propuesta y meta de Arturo Rodríguez es llevar a cabo sistemas complejos en películas delgadas y aprovechar las resonancias plasmónicas de metales nobles en conjunto con el confinamiento cuántico del silicio para estudiar las implicaciones que tendrán las características de luminiscencia de los puntos cuánticos del silicio nano-estructurado en la cercanía de los campos eléctricos de estos metales nobles.

Resulta que alrededor de todos los metales nobles existe una nube de electrones “libres”, esta nube puede modelarse como un resonador armónico, es decir, los electrones pueden resonar a frecuencias específicas que para los metales nobles (oro y plata) se encuentran en el rango del visible. Cuando resuenan los electrones que componen la nube se mueven como los aficionados lo hacen en una “ola” cuando están en el estadio.

Entonces Rodríguez pondrá nubes electrónicas de arreglos metálicos que vibren en el rango del visible muy cerca de los puntos cuánticos de silicio para estudiar las características de emisión y absorción de estos últimos, lo que podría tener implicaciones bastante útiles en iluminación artificial.

Un entusiasta de la ciencia

Como alimento a su curiosidad, Arturo ha trabajado con colegas de España, Italia, Estados Unidos y Japón pero su orgullo está de lado mexicano por los trabajos que desarrolla con los investigadores Jesús Arenas, José Reyes Gasga y Rubén Barrera, todos del Instituto de Física.

Tiene entre sus pasatiempos la música y la lectura, inculcada, en buena medida, por su madre quien egresó de Lengua y Literatura Hispánicas en la UNAM, pero se identifica, ante todo, como un entusiasta de la ciencia.

“Me considero uno de los defensores arduos de la ciencia en México, se divulga poco pero se hacen investigaciones de frontera en el país”, dice.

Tal y como sucede con los deportistas mexicanos, en la investigación que se lleva a cabo en México siempre hay alguien que destaca a nivel internacional, sin embargo Arturo está convencido de que el éxito público solamente puede ser consecuencia de algo más importante: el trabajo y el compromiso con la ciencia.