Un mundo microscópico desconocido: el experto argentino que desarrolla los materiales del futuro

Desde cosméticos, cremas hidratantes y bronceadores, hasta pelotitas de tenis y ropa deportiva. Desde electrónica para computadoras, motores y paneles solares, hasta pinturas, baterías, hormigón y materiales para diseñar nuevos automóviles. La nanotecnología está cada vez más presente en nuestra vida diaria, más de lo que creemos o podemos ver.

Es que, precisamente, es casi imposible de creerlo y verlo. ¿Por qué? La nanotecnología es la manipulación de la materia a una escala casi atómica para crear nuevas estructuras, materiales y hasta aparatos. Esa escala es un mundo diminuto en sí mismo.

Los nanomateriales son materiales que contienen partículas con una o más dimensiones en la nanoescala, es decir, desde aproximadamente un nanómetro a 100 nanómetros. El nanómetro (nm) equivale a una milmillonésima parte de un metro (1 nm = 10-9 m).

Para entenderlo en castellano básico, nada mejor que hablar con Ernesto Joselevich, un argentino experto en nanomateriales que es investigador académico del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel y ha contribuido a investigaciones mundiales con una coautoría de 111 publicaciones científicas: “Los nanomateriales son materiales de una dimensión ínfima y de escala inferior a 100 nm, es decir, hasta 100.000 veces menor que el grosor de un cabello humano. Y esos materiales dependen del tamaño de la forma, a diferencia de los macromateriales”.

“Si vos tenés por ejemplo al oro a una escala normal o grande, va a tener la misma densidad, color, apariencia y conductividad eléctrica, ya sea como un anillo o un lingote. Pero si vos agarras el oro y lo achicás hasta unas partículas que están entre 5 y 100 nanómetros de diámetro, se vuelve de color violeta transparente y a medida que se achica la partícula se va volviendo más como un azul y hasta rojo. Todo cambia dependiendo del tamaño. Entonces nosotros investigamos esos materiales que tienen propiedades nuevas, propiedades especiales, dependiendo de su tamaño y de su dimensionalidad, si son tridimensionales, bidimensionales o hasta unidimensionales”, explicó Joselevich en una entrevista exclusiva con Infobae durante su reciente viaje a la Argentina.

El investigador nació en Buenos Aires y comenzó sus estudios universitarios en la Universitat Autònoma de Barcelona. Luego, completó una licenciatura en Química en la Universidad Hebrea de Jerusalén (1989), donde también obtuvo su doctorado en Química (1997), seguido de una estancia postdoctoral en la Universidad de Harvard (1998-2000).

La investigación de Joselevich, que dirige el Departamento de Química Molecular y Ciencia de Materiales, en el Instituto Weizmann de Ciencias en Israel se centra en la formación, estructura y propiedades de materiales de bajas dimensiones (incluidos nanotubos de carbono e inorgánicos, nanocables y materiales 2D), su caracterización mediante mediciones mecánicas, eléctricas y ópticas a escala nanométrica, y su integración en nanosistemas funcionales, como circuitos lógicos ultraminiaturizados, fotodetectores, células solares, sensores inerciales y posibles dispositivos para la computación neuromórfica y cuántica.

El profesor Joselevich fue pionero en el enfoque de “crecimiento guiado” para la generación de nanotubos y nanocables ordenados dirigidos por superficies. Su grupo también lidera el campo de la torsión de nanotubos, es decir, cómo se tuercen los diferentes nanotubos y cómo podrían usarse para una variedad de sensores, como giroscopios en miniatura para guiar pequeños vehículos voladores autónomos.

“Con la nanotecnología se pueden construir máquinas muy muy pequeñas. Puede ser un circuito eléctrico, un sensor pequeño y hasta un robot. Pero para poder construir eso tenés que conocer los componentes, la materia, y cómo se comporta. Esos dispositivos que vos querés obtener, no los podés construir en escala 1 a 1, como se construye un auto en una planta automotriz, porque es muy pequeño”, sostuvo el experto en nanomateriales.

“Entonces, tenés que estudiar a las nanoestructuras y su comportamiento para autoensamblarse, por ejemplo. Entonces lo que nosotros investigamos es la auto-organización de nanoestructuras y las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, magnéticas que tienen, sobre todo el acoplamiento que hay entre las distintas propiedades. Porque eso le da a los materiales una funcionalidad nueva, ya que pueden ser utilizados o aplicados para distintas cosas o funciones”, amplió.

—Infobae: ¿Qué significa el acoplamiento de materiales?

—Joselevich: Acoplamiento significa que una propiedad depende de la otra o que creemos que influyen. Por ejemplo en la electromecánica. Vos agarrás un nanotubo de carbono o de otro material y lo retorcés. Esa deformación mecánica cambia la conductividad eléctrica, por ejemplo. O tenés un nano hilo de un semiconductor que tiene una baja conductividad. Conduce poco la electricidad. Pero cuando vos lo iluminas con luz de cierto color, la absorbe. Así, se generan unas cargas eléctricas que hacen que pase la electricidad 1 millón de veces más que en la oscuridad, por ejemplo.

—¿Y en materiales también se estudia, por ejemplo, otras conductividades como además de la eléctrica, por ejemplo la magnética o de agua?

—Sí. Hay otros grupos en el Instituto Weizmann de Ciencias en los que yo colaboro. Por ejemplo, hay un grupo en Alemania que quiere que nosotros hagamos unas bobinas de nanotubos enrolladas para ver cómo puede circular el agua por dentro. Nosotros ahora estamos estudiando conductividades magnéticas. Por ahora todavía no lo hemos publicado, pero por ejemplo, tenemos unos materiales, que se llaman materiales topológicos, que tienen una propiedad que se llama de magneto-resistencia gigante, que conducen la electricidad, pero vos lo pones en un campo magnético y la resistencia eléctrica aumenta 1 millón de veces.

Eso sirve por ejemplo en la optoelectrónica, la conjunción de óptica y electrónica que puede servir para hacer sensores de luz en una cámara, por ejemplo. Nosotros tenemos nanohilos de semiconductores, que los hacemos crecer de una forma ordenada que se podrían utilizar para hacer cámaras de infrarrojo para visión nocturna, o sensores para cámaras digitales en los teléfonos móviles que poseen células fotovoltaicas. Entonces muchas de estas nanoestructuras que tienen propiedades optoelectrónicas que vos las iluminás y generan electricidad, es decir una corriente eléctrica.

—¿Hay algún material que le está fascinando o está obsesionado en ese momento?

—Hasta hace dos años nosotros estábamos trabajando, produciendo nanoestructuras de materiales conocidos. O sea, vos tenés un material que se conoce a estructura macroscópica, en grandes cristales, y les damos una forma a escala pequeña. Por ejemplo, los nanotubos de carbono, que están hechos de una lámina de grafeno doblada hacia afuera. O tenés nanohilos de semiconductores de nitruro de galio, selenio de cadmio, óxido de zinc, etc, todos materiales conocidos.

Ahora estoy estudiando materiales nuevos a través de distintos metales como el oro. Los estudiamos a capas atómicas junto a los enlaces que producen las fuerzas de Van der Waals, que son atracciones débiles que mantienen unidas a moléculas eléctricamente neutras.

Es como un hojaldre. O sea, una cosa que se deshoja se dice exfoliación, pero nadie había investigado ni las propiedades, ni como se exfolia. Nosotros empezamos a hacer esos materiales y a exfoliarlos y hacer unas láminas muy finas de metal pero con un espesor de dos átomos. Son materiales que se llaman topológicos, en los cuales, la dirección en la que se mueven los electrones está acoplada al campo magnético del electrón, con lo cual tiene unas propiedades cuánticas muy distintivas, que podrían ser utilizadas, por ejemplo, para hacer computadoras cuánticas.

Con estos nuevos materiales que estamos investigando se podrán hacer mediciones en dispositivos para establecer la conductividad eléctrica en función del campo magnético a temperaturas muy bajas.

Joselevich explicó, además, a Infobae cómo trabaja en el Instituto Weizmann de Ciencias. “Hay un conjunto de cosas que lo hacen especial. Es un centro de investigación muy selectivo, muy competitivo, de muy alto nivel, con buena financiación y equipos fantásticos de trabajo. Los laboratorios, jardines y edificios son similares a los de Europa o EEUU. Pero hay algo más que lo hace único —y es resaltado por científicos de todo el mundo, que se quedan admirados— y es la filosofía de trabajo del instituto”.

“Esa filosofía proviene desde 1934, año en el que se fundó. Es decir 14 años antes de la creación del mismo Estado de Israel. Chaim Weizmann, que era un químico fue el fundador del Instituto y también fue el primer presidente de Israel. Él dijo que lo más valioso que tenía este territorio es lo que tenemos dentro de nuestra cabeza. Y que la economía del futuro del Estado judío se tenía que basar en la ciencia, en la tecnología”, relató.

“También afirmó que para desarrollar la ciencia tiene que haber una libertad académica, o sea, tiene que haber un centro en el cual personas inteligentes puedan investigar lo que se les dé la gana y que nadie les tenga que decir qué es lo que tienen que investigar. El Instituto Weizmann de Ciencias se focaliza en hacer investigación guiada por la curiosidad, que es lo contrario de investigar por un objetivo concreto, cosa que pasa en otras universidades o centros académicos que obtienen financiación si hay un objetivo claro y concreto detrás, con resultados palpables a futuro”, precisó el investigador argentino que ya tiene publicadas 5 patentes para esa casa de estudios.

Y agregó: “Cuando vos haces Curiosity Driven Research nos paramos en los conocimientos que ya existen y tratamos de identificar baches que se manifiestan dentro del mismo. Puede ser observar un nuevo fenómeno que no se había hecho anteriormente o entender un fenómeno que quizás se había observado pero que nadie ha sabido explicar o entender. Entonces nosotros tratamos de identificar esos baches, pero no de forma aleatoria, sino pensando qué tipo de nuevo conocimiento podría llegar a tener implicaciones importantes, tanto a nivel de ciencia fundamental o básica, como también en ciencia aplicada, y que podría quizás tener algún tipo de utilidad, pero no sabemos exactamente cuál”.

“O sea, nosotros intuimos que un cierto fenómeno podría llegar a tener distintas aplicaciones, pero no sabemos exactamente cuál. No nos limitamos a una aplicación determinada. Nosotros tenemos nuestra propia financiación gracias a la generosidad de gente en todo el mundo que cree en este modelo. Nosotros podemos hacer cosas que no sabemos explicar de antemano para qué sirven”, remarcó el especialista.

Y agregó: “Puede ser, por ejemplo, un gen que está involucrado en un montón de tipos de cáncer, pero nadie sabe por qué. En el momento que entendés para qué, qué es lo que pasa, de golpe descubrís cómo funcionan ese mecanismo y podés desarrollar un medicamento contra ciertos tipos de cáncer de una manera que no se no se había pensado antes. O en mi campo, por ejemplo, en el campo de los materiales. Si vos descubrís un nuevo tipo de material como el que conté antes que tiene propiedades nuevas, éstas se podrían aplicar a cientos o miles de cosas”.

Joselevich, que es uno de los tres argentinos que dirige un laboratorio en el Instituto Weizmann de Ciencias, explicó la fuerte vinculación que tiene esa casa de estudios con Argentina a través de la Asociación de Amigos del Instituto Weizmann.

“En los años 60 hubo muchas donaciones de argentinos para ampliar y sostener el instituto. De hecho, el mayor comedor centro se llama San Martín y tiene un busto del prócer en su entrada”, indicó el investigador. Y enseguida relató una anécdota personal e histórica que lo identifica con ese lugar tan especial de investigación y referencia mundial científica.

“Daniel Schmit, CEO para Latinoamérica del Instituto Weizmann de Ciencias, comenzó a investigar los orígenes del instituto, es decir, cuando el doctor Weizmann pensaba en fundarlo hace muchos años. Investigó en los archivos que hay en el mismo campus y descubrió que en 1919 durante una estadía en Londres, había mandado telegramas a distintos colegas alrededor del mundo, invitándolos a colaborar en la creación de un instituto científico”, comenzó a relatar Joselevich.

“Y uno de los telegramas hallados era dirigido a un tal Joselevich que vivía en Buenos Aires y que resultó ser mi bisabuelo. Yo no sabía nada. No tenía ni idea de esta maravillosa historia. Yo sabía que mi bisabuelo había fundado la Federación Sionista Argentina en 1913, pero no esa conexión con mi actual trabajo. Investigando un poco la vida de mi bisabuelo, descubro que nació en Bielorrusia, vivió en Estados Unidos y desde allí se radicó con Argentina como herrero”, dijo.

“De Estados Unidos se trajo una máquina que aplicaba un innovador método para trabajar los metales a vapor. O sea, que él ya estaba trabajando en materiales, como lo hago yo actualmente a otra escala. Su nieto, mi papá, era arquitecto y diseñador. Y yo también diseño actualmente nuevas estructuras”, concluyó el experto argentino en nanomateriales.